EP1261827B1 - Reactor and method for gasifying and/or melting materials - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a reactor and a Process for gasifying and / or melting substances. Especially the invention relates to the material and / or energetic Utilization of any waste, e.g. with predominantly organic components but also of hazardous waste.
- the reactor according to the invention and the process are suitable but also for gasification and melting of feedstocks any composition or for energy through the use of organic substances.
- DE 198 16 864 A1 shows a coke-heated Circulation gas cupola, in which the excess gas suction is arranged below the melting and superheating zone.
- the excess gas suction is arranged below the melting and superheating zone.
- An object of the present invention is therefore to an improved reactor and method for gasifying and To provide melts of feedstocks which the Avoid disadvantages of the prior art.
- a special one The task is simple, inexpensive and environmentally sound material and / or energy recovery of waste to enable.
- the aim is functional reliability to increase a corresponding reactor, by the associated with the recirculation gas guide Operating uncertainties are largely avoided.
- a Another object of the invention is the pollution in the suctioned off excess gas significantly reduce the effort in a subsequent gas purification can be minimized.
- a Pre-tempering section in which the waste For example, predried at temperatures around 100 ° C. become.
- modified embodiments may in this Section may also be a cooling of the starting materials if this is useful for the overall process.
- An advantageous embodiment of the reactor is apparent characterized in that the total length of feeding section and Pre-tempering section several times larger than the diameter of the feed section.
- the reactor can its upper end by a lock, a double flap system or a similar facility. This is the uncontrolled entry of ambient air and the escape of gases from the bed even better avoided.
- the reactor is substantially cylindrical constructed and the Gaszu 1500raum and the Gasabsaugraum are designed annular, so that the gas supply and the Gas extraction on the entire circumference of the Schüttklale respectively.
- This embodiment is particularly suitable for Utilization of predominantly organic starting materials.
- Other Embodiments, e.g. more suitable for other starting materials are non-cylindrical basic shapes and different positioned and shaped gas extraction means and own feeder.
- the reactor is double-walled and in the wall cavity a heat transfer medium is guided.
- a heat transfer medium On the one hand can be cooled by the wall, causing the material stress is reduced, on the other hand, depending on used feedstock and the resulting Heat demand of the Schüttklale if necessary additional heat be supplied or derived from this heat.
- the o.g. Objects of the invention are also by the in Claim 12 specified method for gasification and / or Melting of ingredients dissolved, which u.a. advantageous for material and / or energy recovery of waste and other input materials.
- the process steps essential to the invention can be advantageous be further developed by a predrying of Feedstock by heating the pouring column above the Level at which the shock-like heating takes place about 100 ° C is made.
- This will be water shares of Feedstock largely evaporated, which also the desired automatic downward movement of the insert is improved.
- a modified process variant there is no pre-drying of the starting materials or a Cooling of the starting materials, the latter being expedient can be used to adhere to the hot starting materials Wall of the feed section to avoid.
- the negative pressure for the extraction of the excess gases is controllable, wherein the Extraction should be done so that on the one hand no gas upwards escapes from the reactor and on the other hand only minimal Sucked additional amounts of ambient air through the pillar become.
- Minimizing the amount of in the reactor existing false air aims to reduce the proportion of nitrogen oxides to reduce in excess gas and also the total amount of gas keep small to the subsequent gas economy easy to design.
- the single figure shows a simplified sectional view a reactor according to the invention.
- the reactor shown in the figure has at its upper end a Zuurerabites 1 with at least one Feed opening 2, via which the material and / or energy is fed to be recycled feedstock.
- this feedstock Preferably In this feedstock, the proportion of organic predominates Ingredients, so that the reactor and the described method especially for the treatment of conventional Domestic waste and household-type commercial waste is suitable.
- the flammable ones Components are not sufficiently high to prevent the combustion and to carry out gasification processes, the Feedstock combustible additives or energy sources be added. It is possible in conventional To add a certain amount of coke or the total calorific value to increase by adding wood. In certain circumstances it may also be useful to add other additives, for example, the adjusting pH to influence. Such measures are, however, those skilled in the art known, so that on a detailed presentation of this Job is omitted.
- a pre-tempering section closes below 5, in the example shown, the pre-drying the feedstock serves.
- the feeding section and the Vorstemper istsablie are advantageous cylindrical or conically shaped with slight cross-sectional increase downwards.
- the pre-tempering section 5 has a double Wall, wherein a wall cavity 6 is formed in which a heat transfer medium is guided. With help the heat transfer medium can the Schüttklale in the area of the double-walled predrying section 5 heat be fed so that the feedstock preheated or is pre-dried. Possibly. the wall cavity can be omitted and the heat directly, for example by heat conduction from the hotter zones of the reactor.
- the Heat input is dimensioned so that adherence of certain Feedstock components on the wall largely excluded is.
- pre-drying water constituents be discharged, so that these the other Do not add extra weight to the gasification process.
- the pouring column 4 tempered at about 100 ° C. become.
- the pre-tempering section may possibly be omitted altogether, if a predrying due to the composition of the Feedstock is not required, or the Vortemper istsabêt is used in special cases for cooling the Feedstocks used.
- Gas supply 10 which in the example shown as an annular gas supply space 10 is configured, which is approximately in the plane of the cross-sectional widening in the pyrolysis section 8 is open.
- the purpose of the gas supply space 10 is to introduce hot gases to the bulk cone 9.
- the gas supply means may also serve as nozzles, wall openings or other devices designed to be the feed allow hot gases to the pouring column.
- the burner 12 generates the required hot gas, which preferably tangentially over the combustion chambers and the Gaszu 1500raum is brought to the bulk cone 9.
- modified Embodiments may include multiple combustors or several burners are used, if this is for one As uniform as possible heating of the bulk cone desirable is.
- the combustion in the burner 12 is expediently carried out under oxygen deficiency, so that by a nearly stoichiometric Combustion of an inert combustion gas at temperatures of about 1000 ° C is provided. At least during start-up operation the burner will need foreign fuels that are not immediately be recovered from the reactor. For example, come Natural gas, oil obtained from a previous gasification process generated and cached excess gas, gas mixture, Liquid-gas mixture, dust-gas mixture or others under energetic aspects suitable media used. As soon as the reactor its operating condition described below has taken the burner 12 can also with an optionally operated previously purified excess gas.
- the Supply of combustion gas which under suitable control is largely composed of carbon dioxide and water vapor, the in the bulk cone area existing feed shock-like heated.
- the feed then continues to sink in the pyrolysis section 8 down, pyrolysis being continued, i.a. also at the materials kept in the center by heat transfer also heated.
- the wall of the pyrolysis section is preferably thermally insulated and / or double-walled formed so that, if necessary, in the formed wall cavity also a heat transfer medium are performed can.
- the heat insulation or the additional heat with Help of the heat transfer medium are dimensioned so that the starting materials in the lower part of the pyrolysis section 8 a temperature of preferably over 500 ° C. exhibit. The temperature desired at this point may be in Dependent on the specific feed materials targeted be managed.
- a melting point closes. and overheating section 14. This has a cross-sectional narrowing due to which the sinking rate changed the feedstock.
- a cross-sectional narrowing by at least 10% for example by conical indentations of the corresponding shaft part in an angle of about 60 ° to the horizontal is generated.
- upper injection means 15 in the example shown formed by a plurality of circumferentially distributed oxygen lances 16 are. To prevent the oxygen lances 16 from overheating protect, for example, these are water cooled.
- nozzles, burners or the like used as upper injection means over which controlled supplied various fuel gases or gas compositions with the aim of reducing the temperature in the melting and overheating zone to a desired value. If the supply of oxygen is not sufficient for this (If, for example, no starting materials with sufficiently high energy value at this position stand), can also external fuel gases or from the reactor obtained excess gases supplied via the injection means become.
- using the top Eindüsungsmitell 15 the targeted and metered addition of Oxygen just below the plane of cross-sectional narrowing. This forms in the area of melting and Overheating section 14 of a hot zone 17, in which preferably temperatures of 1500 ° C to 2000 ° C, but which are to be matched to the respective feedstock.
- the over the Gaszu 1500raum 10 supplied (inert) combustion gases and the pyrolysis gases formed in the pyrolysis section 8 are sucked through this hot zone 17.
- the oxygen supply in the hot zone is controlled so that combustion takes place under oxygen deficiency, the finally to a further increase in temperature and to extensive coking of the residues of the feed to lead.
- the temperature in the hot zone 17 is adjusted that slag-forming mineral constituents and metallic constituents melted in this zone being a certain proportion of in the feedstock contained pollutants (e.g., heavy metals) in these Melting is solved.
- pollutants e.g., heavy metals
- the reduction section 20 includes a Gasabsaugraum 21, sucks over which excess gases become. All extracted gases must therefore both the hot Zone 17 as well as one under this by the coked residues flow through trained reduction zone 22.
- the gases using the existing there Reduced carbon. In particular, it comes to Conversion of carbon dioxide into carbon monoxide, taking in particular The carbon still contained in the bed is used up and thus continue to be gassed.
- the gases are also cooled so that they with a technically controllable temperature, preferably about 800 ° C to 1000 ° C, can be aspirated.
- the sucked off Excess gases will be following (not shown) Cooling and / or cleaning stages and a suitable Conveyor (compressor or blower) supplied. at the gasification of waste with predominantly organic components After that, for example, about 80% to 90% of the Excess gases as fuel gas for a material and / or energetic Usage available. It can be a partial flow of about 10% to 20% as own gas the o.g. Burner 12 and / or be fed to the Eindüsungsstoffn, wherein the Cooling / cleaning for this partial flow to a minimum can be limited.
- the Gasabsaugraum 21 is in turn advantageous (but not mandatory) ring-shaped, a connected conveyor of the suction of the Gases serves.
- the lower injection means may alternatively designed and operated as above for the top Injection means 15 has been explained.
- About the injection of a suitable amount of oxygen, gas, fuel gas o.ö. becomes one Temperature set for the melts that sufficient is high to keep the melts fluid and after corresponding collection via a tap 27 from the reactor to be able to leave. For example, temperatures of about 1500 ° C appropriate.
- the division of the total amount of supplied oxygen / fuel gas to the combustion chamber 11, the upper injection means 15 and the lower injection means 26 is dependent on the feed used and to optimize from the other process parameters, with the The aim of the extensive utilization of the feedstock and the Minimization of pollutant content in the residues.
- liquids are also to be reacted in the reactor, These can be advantageous via a remplisstechniksseindüsung 30th be fed, which opens into the gas supply chamber 10 or with other gas supply means is combined.
- About the liquid injection 30 may be water, water vapor or others Disposal certain liquids are introduced, wherein in addition to the desired disposal, a regulation of Temperature of the inert combustion gases, the pyrolysis process and / or the composition and temperature of the excess gases becomes possible.
- the dust feed 31 is preferably a center in the Feeding section 1 and guided in the pre-tempering section 5 Metering tube, which ends in the vicinity of the bulk cone 9.
- the dusts are therefore immediately in the vicinity of the shock-like Heat the feedstock transported so that they Exiting the metering tube immediately a high temperature effect are exposed to a burning or gasification causes, without causing deflagration or the like.
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen und/oder Schmelzen von Stoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung die stoffliche und/oder energetische Verwertung von beliebigen Abfällen, z.B. mit vorwiegend organischen Bestandteilen aber auch von Sonderabfällen. Der erfindungsgemäße Reaktor und das Verfahren eignen sich aber auch zum Vergasen und Schmelzen von Einsatzstoffen beliebiger Zusammensetzung oder auch zur Energiegewinnung durch Einsatz von organischen Stoffen.The present invention relates to a reactor and a Process for gasifying and / or melting substances. Especially the invention relates to the material and / or energetic Utilization of any waste, e.g. with predominantly organic components but also of hazardous waste. The reactor according to the invention and the process are suitable but also for gasification and melting of feedstocks any composition or for energy through the use of organic substances.
Seit geraumer Zeit werden Lösungen zur thermischen Entsorgung verschiedenartiger Abfälle und sonstiger Stoffe gesucht. Neben Verbrennungsverfahren sind verschiedene Vergasungsverfahren bekannt, die vor allem darauf abzielen, zu Ergebnissen mit einer geringeren Schadstoffbelastung der Umwelt zu gelangen und den Aufwand der Behandlung der Einsatzstoffe aber auch der im Prozeß entstehenden Gase zu reduzieren. Die bekannten Verfahren sind jedoch durch eine aufwendige und nur schwer zu beherrschende Technologie, sowie damit im Zusammenhang stehende hohe Entsorgungskosten für den zu behandelnden Einsatzstoff bzw. den Abfall gekennzeichnet.For some time, solutions for thermal disposal various types of waste and other substances sought. Besides combustion processes are various gasification processes known, which aim primarily to produce results to reach the environment with a lower pollutant load and the expense of treating the feeds though also reduce the gases produced in the process. The However, known methods are complicated and only by a hard-to-control technology, as well as related high disposal costs for the person to be treated Feedstock or the waste labeled.
In der DE 43 17 145 C1 ist ein auf dem Prinzip der Entgasung basierendes Verfahren zu Entsorgung unterschiedlich zusammengesetzter Abfallmaterialien beschrieben. Gemäß dem angegebenen Verfahren sollen entstehende staubhaltige Gase als Kreislaufgas vollständig abgezogen werden und nachfolgend in der Schmelz- und Überhitzungszone mit Sauerstoff verbrannt werden. Diese Kreislaufgasführung und die weiterhin beschriebene Absaugung des Überschußgases zwischen der Kreislaufgasabsaugungsöffnung und der Schmelz- und Überhitzungszone führt jedoch, wie Versuche gezeigt haben, nicht zu dem angestrebten Ziel, ein mit nur wenigen Schadstoffen belastetes Überschußgas zu erhalten. Wenn der ebenfalls in dieser Druckschrift angegebene Kreislaufgas-Kupolofen zur Durchführung des Verfahrens verwendet wird, ist u.a. die Schadstoffbelastung des Überschußgases so groß, daß die dadurch notwendige Gaswirtschaft zur Reinigung des Überschußgases derart aufwendig wird, daß eine wirtschaftliche Entsorgung entsprechender Abfallmaterialien nicht mehr möglich ist.In DE 43 17 145 C1 is a on the principle of degassing based method of disposal of differently composite Waste materials described. According to the specified Processes are expected dusty gases as recycle gas be deducted completely and subsequently in the Melting and overheating zone burned with oxygen become. This cycle gas guide and the further described Extraction of the excess gas between the recirculation gas suction opening and the melting and overheating zone leads However, as experiments have shown, not to the desired Target, a contaminated with only a few pollutants excess gas to obtain. If the also in this document indicated circulating gas cupola furnace to carry out the Method is used, i.a. the pollution the excess gas so large that the thereby necessary Gas economy for cleaning the excess gas so consuming is that an economic disposal of appropriate Waste materials is no longer possible.
In der DE 196 40 497 C2 ist ein koksbeheizter Kreislaufgas-Kupolofen zur Verwertung von Abfallmaterialien beschrieben. Dieser Kreislaufgas-Kupolofen zeichnet sich dadurch aus, daß unterhalb des Begichtungstrichters ein zusätzlicher Gasabzug angeordnet ist. Die an dieser Stelle abgezogenen Pyrolysegase werden über eine Kreislaufgasführung im unteren Ofenabschnitt wieder zugeführt, um dort eine Verbrennung der Gase zu bewirken. Da die Abzugszone für die Überschußgase oberhalb der heißen Zone angeordnet ist, werden nicht nur Überschußgase sondern auch ein großer Anteil von Pyrolysegasen abgesaugt, wodurch in dem Gasgemisch u.a. schwierig zu entfernende Kohlenwasserstoffe enthalten sind. Damit wird die nachfolgende Gaswirtschaft äußerst aufwendig und die Umweltbelastung nimmt zu.In DE 196 40 497 C2 is a coke-heated recycle gas cupola for the recovery of waste materials. This cycle gas cupola is characterized in that below the funnel an additional gas vent is arranged. The pyrolysis gases withdrawn at this point be via a cycle gas guide in the lower furnace section fed back to cause combustion of the gases there. Since the exhaust zone for the excess gases above the hot zone is arranged, not only excess gases but also sucked off a large proportion of pyrolysis gases, whereby in the gas mixture u.a. difficult to remove Hydrocarbons are included. This will be the subsequent Gas economy extremely complex and the environmental impact is increasing.
Die DE 198 16 864 A1 zeigt demgegenüber einen koksbeheizten Kreislaufgas-Kupolofen, bei welchem die Überschußgasabsaugung unterhalb der Schmelz- und Überhitzungszone angeordnet ist. Zwar kann damit die Qualität der Überschußgase erhöht werden, da die abgesaugten Gase beim Durchströmen der Überhitzungszone weitgehend reduziert werden, jedoch führt die räumliche Nähe der Überhitzungszone zu sehr heißen Überschußgasen, die nachfolgend aufwendig gekühlt werden müssen. Problematisch ist auch, daß es durch die gewählte Anordnung zu Ansinterungen von Schlacken und Stäuben in Folgebauteilen des nachgeschalteten Gasweges kommt. Andererseits sind die Temperaturen im Herdbereich unterhalb der Gasabsaugung nicht mehr ausreichend hoch, um die dort vorhandenen Metallschmelzen und Schlackeschmelzen unter verschiedenen Einsatzbedingungen flüssig zu halten. Der notwendige Abstich wird dadurch gestört oder vollständig unmöglich gemacht.In contrast, DE 198 16 864 A1 shows a coke-heated Circulation gas cupola, in which the excess gas suction is arranged below the melting and superheating zone. Although this can increase the quality of the excess gases, because the extracted gases when flowing through the overheating zone are largely reduced, however, leads the spatial Near the overheating zone to very hot excess gases, the subsequently have to be cooled consuming. Problematic is also that it by the chosen arrangement to Ansinterungen of slags and dusts in subsequent components of the downstream Gas way comes. On the other hand, the temperatures are in the hearth area below the gas extraction no longer sufficient high, around the existing metal melts and Slag melts under different conditions of use to keep fluid. The necessary tapping is thereby disturbed or completely impossible.
Den aus dem oben genannten Stand der Technik bekannten Lösungen liegt immer das Grundprinzip der Kreislaufgasführung für einen Teilstrom der gebildeten Gase zugrunde, wobei die Gase im oberen Bereich des Ofens abgesaugt und im unteren Bereich wieder zugeführt werden. Die Fachwelt ging bislang davon aus, daß diese Gasführung auch zur Erwärmung der Schüttsäule unter Nutzung des Gegenstromprinzips notwendig ist. Das Kreislaufgasprinzip bring jedoch u.a. die folgenden Nachteile mit sich: Die im Schachtofen aufsteigenden Gase kühlen sich in der Schüttsäule ab, so daß Kondensationserscheinungen von Pyrolyseprodukten in den Gasabsaugbereichen, in den Kreislaufgasleitungen und in den zur Wiederzuführung der Kreislaufgase benötigten Gasstrahlverdichtern führen, wodurch die Funktion des Kreislaufgasofens gestört wird. Bei der Kreislaufgasabsaugung gemäß dem Stand der Technik werden zwangsläufig auch Stäube und kleinere Abfallpartikel abgesaugt, die mit den kondensierten Pyrolyseprodukten innerhalb der gesamten Kreislaufgasführung zu schwer entfernbaren Ablagerungen führen. Weiterhin kann die Schüttsäule durch das aufsteigende Kreislaufgas nur relativ langsam erwärmt werden, so daß es insbesondere bei der Vergasung von Abfällen mit höheren Anteilen von Kunststoffen zu Anklebungen und Anhaftungen der Abfallteile an der Wandung des Schachtes kommt, die letztlich zu vollständigen Verstopfungen des Ofens führen können.The solutions known from the above-mentioned prior art always lies the basic principle of the circulation gas guidance for a partial flow of the gases formed, the gases sucked in the upper part of the furnace and in the lower part be fed again. Experts have assumed that that this gas guide also to warm the pillar under Use of the countercurrent principle is necessary. The cycle gas principle bring u.a. the following disadvantages The gases rising in the shaft furnace cool down the pouring column, so that condensation phenomena of Pyrolysis products in Gasabsaugbereichen, in the recycle gas lines and in the recirculation of the cycle gases required gas jet compressor lead, causing the Function of the cycle gas furnace is disturbed. In the recirculation gas extraction according to the prior art become inevitable also dusts and smaller waste particles sucked, which with the condensed pyrolysis products throughout Circulation gas guide to hard-to-remove deposits to lead. Furthermore, the pouring column by the ascending Circulating gas can be heated only relatively slowly, so that it especially in the gasification of waste with higher Proportions of plastics to adhesions and adhesions of the Waste parts come to the wall of the shaft, which ultimately can lead to complete blockage of the furnace.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen verbesserten Reaktor und ein Verfahren zum Vergasen und Schmelzen von Einsatzstoffen bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik vermeiden. Eine spezielle Aufgabe besteht darin, die einfache, preiswerte und umweltgerechte stoffliche und/oder energetische Verwertung von Abfällen zu ermöglichen. Insbesondere wird angestrebt, die Funktionssicherheit eines entsprechenden Reaktors zu erhöhen, indem die mit der Kreislaufgasführung einhergehenden Betriebsunsicherheiten weitgehend vermieden werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schadstoffbelastung in dem abzusaugenden Überschußgas deutlich zu vermindern, damit der Aufwand in einer nachfolgenden Gasreinigung minimiert werden kann.An object of the present invention is therefore to an improved reactor and method for gasifying and To provide melts of feedstocks which the Avoid disadvantages of the prior art. A special one The task is simple, inexpensive and environmentally sound material and / or energy recovery of waste to enable. In particular, the aim is functional reliability to increase a corresponding reactor, by the associated with the recirculation gas guide Operating uncertainties are largely avoided. A Another object of the invention is the pollution in the suctioned off excess gas significantly reduce the effort in a subsequent gas purification can be minimized.
Diese und weitere Aufgaben werden durch den im Anspruch 1 angegebenen Reaktor gelöst. Erfindungsgemäß wird der im Stand der Technik seit längerer Zeit verfolgte Ansatz des Kreislaufgasverfahrens verlassen und statt dessen kommt als Reaktor ein Schachtofen zum Einsatz, der nach dem Gleichstromprinzip arbeitet. Durch vollständigen Verzicht auf die herkömmliche Kreislaufgasführung werden alle damit im Zusammenhang stehenden Probleme der Kondensation von Pyrolyseprodukten und der Entstehung unerwünschter Ablagerungen vollständig vermieden. Weiterhin erfolgt bereits im oberen Teil des Reaktors eine teilweise Konglomeration der Einsatzstoffe, aufgrund der schockartigen Erhitzung der Schüttsäule, so daß Anhaftungen an der Innenwand des Reaktors weitgehend ausgeschlossen sind. Die doppelte Eindüsung von Sauerstoff oder Brenngas (Gasgemischen) ermöglicht einerseits die Verbrennung der Pyrolysegase und gestattet andererseits im unteren Reaktorabschnitt die Aufrechterhaltung einer ausreichend hohen Temperatur, so daß die sich dort sammelnden Schmelzen flüssig gehalten werden. Zwischen den beiden Eindüsungsmitteln bildet sich ein Reduktionsabschnitt aus, durch welchen alle Gase vor der Absaugung strömen müssen und in dem sie folglich weitgehend reduziert werden.These and other objects are achieved by the in claim 1 dissolved reactor. According to the invention in the state The technique followed for some time approach of the cycle gas process leave and instead comes as a reactor a shaft furnace used, the DC principle is working. By completely abandoning the Conventional cycle gas management are all related to it standing problems of condensation of pyrolysis products and the formation of unwanted deposits completely avoided. Continue to take place already in the upper part the reactor a partial conglomeration of the starting materials, due to the shock-like heating of the pouring column, so that Adhesions on the inner wall of the reactor largely excluded are. The double injection of oxygen or Fuel gas (gas mixtures) enables combustion on the one hand the pyrolysis gases and allowed on the other hand in the lower reactor section maintaining a high enough level Temperature, so that the melting there collecting liquid being held. Forms between the two Eindüsungsmitteln There is a reduction section through which all gases before the suction and in which they therefore largely be reduced.
Bei einer Ausführungsform, die sich insbesondere zur Vergasung von Abfällen eignet, fügt sich an den Zuführabschnitt ein Vortemperierungsabschnitt an, in welchem die Abfälle beispielsweise bei Temperaturen um 100°C vorgetrocknet werden. Bei abgewandelten Ausführungsformen kann in diesem Abschnitt unter Umständen auch eine Kühlung der Einsatzstoffe erfolgen, wenn dies für den Gesamtprozeß nützlich ist.In one embodiment, in particular for gasification of waste, attaches to the feed section a Pre-tempering section, in which the waste For example, predried at temperatures around 100 ° C. become. In modified embodiments may in this Section may also be a cooling of the starting materials if this is useful for the overall process.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Reaktors zeichnet sich dadurch aus, daß die Gesamtlänge von Zuführabschnitt und Vortemperierungsabschnitt mehrfach größer als der Durchmesser des Zuführabschnitts ist. Durch diese Gestaltung wirkt die Schüttsäule im Zuführ- und Vortemperierungsabschnitt als ein nach oben abschließender Pfropfen, der die Ansaugung zu großer Anteile von Umgebungsluft in den Reaktor verhindert.An advantageous embodiment of the reactor is apparent characterized in that the total length of feeding section and Pre-tempering section several times larger than the diameter of the feed section. Through this design, the effect Shake column in the supply and Vorstemperierungsabschnitt as a top-closing plug, the suction to large portions of ambient air into the reactor prevented.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Reaktor an seinem oberen Ende durch eine Schleuse, ein Doppelklappensystem oder eine ähnliche Einrichtung abgeschlossen werden. Damit wird der unkontrollierte Eintritt von Umgebungsluft und der Austritt von Gasen aus der Schüttung noch besser vermieden.In a modified embodiment, the reactor can its upper end by a lock, a double flap system or a similar facility. This is the uncontrolled entry of ambient air and the escape of gases from the bed even better avoided.
Zweckmäßigerweise ist der Reaktor im wesentlichen zylindrisch aufgebaut und der Gaszuführraum und der Gasabsaugraum sind ringförmig ausgestaltet, so daß die Gaszuführung und die Gasabsaugung jeweils am gesamten Umfang der Schüttsäule erfolgen. Diese Ausführungsform eignet sich speziell zur Verwertung von vorwiegend organischen Einsatzstoffen. Andere Ausführungsformen, die z.B. für andere Einsatzstoffe zweckmäßiger sind, können nicht-zylindrische Grundformen und anders positionierte und geformte Mittel zur Gasabsaugung und -zuführung besitzen.Conveniently, the reactor is substantially cylindrical constructed and the Gaszuführraum and the Gasabsaugraum are designed annular, so that the gas supply and the Gas extraction on the entire circumference of the Schüttsäule respectively. This embodiment is particularly suitable for Utilization of predominantly organic starting materials. Other Embodiments, e.g. more suitable for other starting materials are non-cylindrical basic shapes and different positioned and shaped gas extraction means and own feeder.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn auch der Pyrolyseabschnitt des Reaktors doppelwandig ausgebildet ist und im Wandungshohlraum ein Wärmeübertragungsmedium geführt ist. Einerseits kann dadurch die Wandung gekühlt werden, wodurch die Materialbeanspruchung verringert wird, andererseits kann je nach eingesetztem Einsatzstoff und dem sich daraus ergebenden Wärmebedarf der Schüttsäule bei Bedarf zusätzliche Wärme zugeführt oder von dieser Wärme abgeleitet werden.It is particularly advantageous, although the pyrolysis section the reactor is double-walled and in the wall cavity a heat transfer medium is guided. On the one hand can be cooled by the wall, causing the material stress is reduced, on the other hand, depending on used feedstock and the resulting Heat demand of the Schüttsäule if necessary additional heat be supplied or derived from this heat.
Die o.g. Aufgaben der Erfindung werden auch durch das im
Anspruch 12 angegebene Verfahren zum Vergasen und/oder
Schmelzen von Einsatzstoffen gelöst, welches sich u.a.
vorteilhaft zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung
von Abfällen und sonstigen Einsatzstoffen eignet.The o.g. Objects of the invention are also by the in
Die erfindungswesentlichen Verfahrensschritte können vorteilhaft weitergebildet werden, indem eine Vortrocknung des Einsatzstoffs durch Erwärmung der Schüttsäule oberhalb der Ebene, in welcher die schockartige Erhitzung erfolgt, auf etwa 100°C vorgenommen wird. Dabei werden Wasseranteile des Einsatzstoffs weitgehend ausgedampft, wodurch auch die gewünschte selbsttätige Abwärtsbewegung der Einsatzmasse verbessert wird. Bei einer abgewandelten Verfahrensvariante erfolgt keine Vortrocknung der Einsatzstoffe oder auch eine Kühlung der Einsatzstoffe, wobei letzteres zweckdienlich sein kann, um bei heißen Ausgangsmaterialien ein Anhaften an der Wandung des Zuführabschnitts zu vermeiden.The process steps essential to the invention can be advantageous be further developed by a predrying of Feedstock by heating the pouring column above the Level at which the shock-like heating takes place about 100 ° C is made. This will be water shares of Feedstock largely evaporated, which also the desired automatic downward movement of the insert is improved. In a modified process variant there is no pre-drying of the starting materials or a Cooling of the starting materials, the latter being expedient can be used to adhere to the hot starting materials Wall of the feed section to avoid.
Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn der Unterdruck zur Absaugung der Überschußgase regelbar ist, wobei die Absaugung so erfolgen soll, daß einerseits kein Gas nach oben aus dem Reaktor entweicht und andererseits nur minimale Mengen zusätzlicher Umgebungsluft durch die Schüttsäule angesaugt werden. Die Minimierung der Menge der im Reaktor vorhandenen Falschluft hat zum Ziel, den Anteil der Stickoxyde im Überschußgas zu reduzieren und auch die Gesamtgasmenge klein zu halten, um die nachfolgende Gaswirtschaft einfach gestalten zu können.It is also particularly advantageous if the negative pressure for the extraction of the excess gases is controllable, wherein the Extraction should be done so that on the one hand no gas upwards escapes from the reactor and on the other hand only minimal Sucked additional amounts of ambient air through the pillar become. Minimizing the amount of in the reactor existing false air aims to reduce the proportion of nitrogen oxides to reduce in excess gas and also the total amount of gas keep small to the subsequent gas economy easy to design.
Weitere Vorteilen, Einzelheiten und Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.Further advantages, details and developments result from the following description of preferred embodiments of the invention, with reference to the attached Drawing.
Die einzige Figur zeigt eine vereinfachte Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Reaktors.The single figure shows a simplified sectional view a reactor according to the invention.
Nachfolgend wird anhand der Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines Reaktors beschrieben. Im Zusammenhang mit der Erläuterung der Einzelheiten des Reaktors werden auch die Verfahrensschritte angegeben, die bei der Behandlung von Abfällen mit organischen Bestandteilen als Einsatzstoffe in diesem Reaktor ablaufen. Wie aus den angefügten Patentansprüchen erkennbar ist, ist die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch nicht zwingend an den erläuterten Reaktor gebunden, sondern kann ggf. auch unter Einsatz veränderter Anlagen ausgeführt werden. Bei der Verwendung anderer Einsatzstoffe könne Abwandlungen des Reaktors und/oder des Verfahrens zweckdienlich sind (z.B. flexible Anordnung und Gestaltung der technischen Ausführung der Gaszu- und -abführung, der Erwärmung oder Kühlung des Reaktormantels o.ä.). Generell können auch verschiedene Einsatzstoffe kombiniert werden, beispielsweise durch Zusatz von Einsatzstoffen mit höherem Energiewert (z.B. organische Abfälle, belastetes Altholz o.dgl.) beim Vergasen/Schmelzen von nicht-organischen Einsatzstoffen.Hereinafter, with reference to FIG 1, a preferred embodiment a reactor described. In connection with the Explanation of the details of the reactor will also be the Procedural steps indicated in the treatment of Wastes with organic components as feedstocks in run this reactor. As from the appended claims is recognizable, is the implementation of the invention However, not necessarily method to the illustrated reactor bound, but may possibly also be modified using Plants are running. When using others Feedstocks could be modifications of the reactor and / or the Method are appropriate (e.g., flexible assembly and Design of the technical design of the gas supply and removal, heating or cooling of the reactor jacket etc.). In general, different starting materials can be combined be, for example, by adding feeds with higher energy value (for example, organic wastes, polluted Waste wood or the like) during gasification / melting of non-organic Feedstocks.
Der in der Figur dargestellte Reaktor besitzt an seinem oberen Ende einen Zuführabschnitt 1 mit wenigstens einer Zuführöffnung 2, über welche der stofflich und/oder energetisch zu verwertende Einsatzstoff zugeführt wird. Vorzugsweise überwiegt bei diesem Einsatzstoff der Anteil der organischen Bestandteile, so daß sich der Reaktor und das beschriebene Verfahren vor allem zur Behandlung von üblichem Hausmüll und hausmüllähnlichen Gewerbeabfällen eignet. Sofern bei bestimmten Einsatzstoffzusammensetzungen die brennbaren Bestandteile nicht ausreichend hoch sind, um die Verbrennungs- und Vergasungsprozesse durchzuführen, können dem Einsatzstoff brennbare Zuschlagsstoffe bzw. Energieträger zugesetzt werden. Dabei ist es möglich, in herkömmlicher Weise eine bestimmte Menge Koks zuzusetzen oder den Gesamtbrennwert durch Zusatz von Holz zu erhöhen. Unter Umständen kann es auch nützlich sein, andere Zuschlagsstoffe hinzuzufügen, um beispielsweise den sich einstellenden pH-Wert zu beeinflussen. Derartige Maßnahmen sind dem Fachmann jedoch bekannt, so daß auf eine detaillierte Darstellung an dieser Stelle verzichtet wird.The reactor shown in the figure has at its upper end a Zuführabschnitt 1 with at least one Feed opening 2, via which the material and / or energy is fed to be recycled feedstock. Preferably In this feedstock, the proportion of organic predominates Ingredients, so that the reactor and the described method especially for the treatment of conventional Domestic waste and household-type commercial waste is suitable. Provided for certain feed compositions, the flammable ones Components are not sufficiently high to prevent the combustion and to carry out gasification processes, the Feedstock combustible additives or energy sources be added. It is possible in conventional To add a certain amount of coke or the total calorific value to increase by adding wood. In certain circumstances it may also be useful to add other additives, for example, the adjusting pH to influence. Such measures are, however, those skilled in the art known, so that on a detailed presentation of this Job is omitted.
Über eine geeignete Fördereinrichtung 3 wird der Einsatzstoff
und ggf. die Zuschlagsstoffe über die Zuführöffnung 2 in den
Reaktor eingebracht. Damit bildet sich eine Schüttsäule 4
aus. Mit nicht gesondert bezeichneten Füllstandsmeßgeräten
wird die Höhe der Schüttsäule 4 überwacht. Diese Schütthöhe
ist zwischen einem minimalen und einem maximalen Pegel zu
halten. Der minimale Pegel wird so gewählt, daß die Schüttsäule
4 im oberen Abschnitt des Reaktors als Sperrschicht
wirkt, die das Eindringen größerer Mengen von Umgebungsluft
in den Reaktor verhindert.About a
An den Zuführabschnitt 1 schließt sich unten ein Vortemperierungsabschnitt
5 an, der im gezeigten Beispiel der Vortrocknung
der Einsatzstoffe dient. Der Zuführabschnitt und der
Vortemperierungsabschnitt sind vorteilhaft zylindrisch oder
konisch mit leichter Querschnittszunahme nach unten gestaltet.
Der Vortemperierungsabschnitt 5 besitzt eine doppelte
Wandung, wobei ein Wandungshohlraum 6 ausgebildet ist, in
welchem ein Wärmeübertragungsmedium geführt wird. Mit Hilfe
des Wärmeübertragungsmediums kann der Schüttsäule im Bereich
des doppelwandig ausgelegten Vortrocknungsabschnitts 5 Wärme
zugeführt werden, so daß der Einsatzstoff vorgewärmt bzw.
vorgetrocknet wird. Ggf. kann der Wandungshohlraum entfallen
und die Wärmezufuhr beispielsweise durch Wärmeleitung unmittelbar
von den heißeren Zonen des Reaktors erfolgen. Die
Wärmezufuhr wird so dimensioniert, daß ein Anhaften bestimmter
Einsatzstoffanteile an der Wandung weitgehend ausgeschlossen
ist. Außerdem können durch die Vortrocknung Wasserbestandteile
ausgetragen werden, so daß diese den weiteren
Vergasungsprozeß nicht zusätzlich belasten. Im Vortemperierungsabschnitt
5 kann die Schüttsäule 4 etwa auf 100°C temperiert
werden.At the feed section 1, a pre-tempering section closes below
5, in the example shown, the pre-drying
the feedstock serves. The feeding section and the
Vorstemperierungsabschnitt are advantageous cylindrical or
conically shaped with slight cross-sectional increase downwards.
The pre-tempering section 5 has a double
Wall, wherein a
Der Vortemperierungsabschnitt kann ggf. gänzlich entfallen, wenn eine Vortrocknung aufgrund der Zusammensetzung des Einsatzstoffs nicht erforderlich ist, oder der Vortemperierungsabschnitt wird in besonderen Fällen zur Kühlung der Einsatzstoffe verwendet.The pre-tempering section may possibly be omitted altogether, if a predrying due to the composition of the Feedstock is not required, or the Vortemperierungsabschnitt is used in special cases for cooling the Feedstocks used.
Unterhalb des Vortemperierungsabschnitt 5 schließt sich ein
Pyrolyseabschnitt 8 an, wobei es beim Übergang zwischen
Vortemperierungsabschnitt (bzw. dem Zuführabschnitt, wenn der
Vortemperierungsabschnitt entfällt) und Pyrolyseabschnitt zu
einer sprunghaften Querschnittserweiterung kommt. Vorzugsweise
vergrößert sich der freie Schachtquerschnitt in diesem
Übergangsbereich mindestens um das Doppelte, wodurch einerseits
die Sinkgeschwindigkeit der Einsatzstoffe reduziert
wird und andererseits ein Schüttkegel 9 ausgebildet wird. Der
Schüttkegel 9 wird zentral von der Schüttsäule 4 im Vortrocknungsabschnitt
gespeist. An den Randbereichen flacht der
Schüttkegel ab, so daß dort ein freier Raum entsteht. In
diesem oberen Randbereich des Pyrolyseabschnitts 8 befinden
sich Gaszuführmittel 10, die im dargestellten Beispiel als
ein ringförmiger Gaszuführraum 10 ausgestaltet ist, der etwa
in der Ebene der Querschnittserweiterung in den Pyrolyseabschnitt
8 geöffnet ist. Der Zweck des Gaszuführraums 10
besteht darin, heiße Gase an den Schüttkegel 9 heranzuführen.
Die Gaszuführmittel können auch als Düsen, Wandungsöffnungen
oder andere Vorrichtungen gestaltet sein, die die Zufuhr
heißer Gase an die Schüttsäule ermöglichen. Dazu mündet im
gezeigten Beispiel zumindest eine Brennkammer 11, die zumindest
mit einem Brenner 12 bestückt ist, in den Gaszuführraum
10. Der Brenner 12 erzeugt das benötigte heiße Gas, welches
vorzugsweise tangential über die Brennkammern und den Gaszuführraum
an den Schüttkegel 9 herangeführt wird. Bei abgewandelten
Ausführungsformen können mehrere Brennkammern oder
mehrere Brenner eingesetzt werden, wenn dies für eine
möglichst gleichmäßige Erwärmung des Schüttkegels wünschenswert
ist.Below the Vortemperierungsabschnitt 5 closes
Pyrolysis section 8, wherein it is at the transition between
Pre-tempering section (or the feed section, if the
Pre-tempering section omitted) and pyrolysis section
a sudden cross-sectional expansion comes. Preferably
increases the free shaft cross section in this
Transitional area at least twice, which on the one hand
reduces the rate of descent of the starting materials
and on the other hand a bulk cone 9 is formed. Of the
Bulk 9 is centrally from the pouring column 4 in the predrying section
fed. At the edge areas the flattens
Abrasive cone, so that there is a free space. In
this upper edge region of the pyrolysis section 8 are located
Die Verbrennung im Brenner 12 erfolgt zweckmäßig unter Sauerstoffmangel,
so daß durch eine nahezu stöchiometrische
Verbrennung ein inertes Verbrennungsgas mit Temperaturen von
etwa 1000°C bereitgestellt wird. Zumindest im Anfahrbetrieb
wird der Brenner Fremdbrennstoffe benötigen, die nicht unmittelbar
aus dem Reaktor gewonnen werden. Beispielsweise kommen
Erdgas, Öl, das von einem vorangegangenen Vergasungsverfahren
erzeugte und zwischengespeicherte Überschußgas, Gasgemisch,
Flüssigkeits-Gasgemisch, Staub-Gasgemisch oder andere unter
energetischen Aspekten geeignete Medien zum Einsatz. Sobald
der Reaktor seinen im weiteren beschriebenen Betriebszustand
eingenommen hat, kann der Brenner 12 auch mit einem ggf.
vorher gereinigten Überschußgas betrieben werden. Durch die
Zufuhr des Verbrennungsgases, welches bei geeigneter Regelung
weitgehend aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, wird der
im Schüttkegelbereich vorhandene Einsatzstoff schockartig
erhitzt. Die sehr schnelle Erwärmung des Materials auf Temperaturen
zwischen 800°C und 1000°C bewirkt ein sehr schnelles
Trocknen dieses Materials, wodurch ein Verkleben und Anhaften
an der Wandung vermieden wird. Vielmehr kommt es zumindest
teilweise zu einer Konglomeration der Einsatzstoffe. Außerdem
wird bereits in diesem oberen Abschnitt des Reaktors das
Austreiben von Pyrolyseprodukten in Gang gesetzt. Da das
zugeführte Gas weitgehend inert ist, werden diese Pyrolyseprodukte
nur in geringem Maße einer Verbrennung zugeführt,
soweit Luft durch die oberhalb des Schüttkegels aufgetürmte
Schüttsäule 4 eingesaugt werden kann bzw. vom Einsatzmaterial
mitgeführt wird. Durch die schnelle und starke Erhitzung der
Einsatzstoffe werden außerdem feine Stäube und kleinere
Partikel schnell vergast oder verbrannt, so daß die bisher im
Stand der Technik entstehenden Probleme bei der Staubbehandlung
vermieden werden. Vielmehr können den Einsatzstoffen in
bestimmen Relationen jetzt Stäube und Feinanteile gezielt
zugesetzt werden.The combustion in the
Das Einsatzmaterial sinkt dann im Pyrolyseabschnitt 8 weiter nach unten wobei die Pyrolyse fortgesetzt wird, u.a. auch bei den im Zentrum geführten Materialien, die durch Wärmeübertragung ebenfalls erwärmt werden. Die Wandung des Pyrolyseabschnitts ist vorzugsweise wärmeisoliert und/oder doppelwandig ausgebildet, so daß bei Bedarf in dem ausgebildeten Wandungshohlraum ebenfalls ein Wärmeübertragungsmedium geführt werden kann. Die Wärmeisolation bzw. die zusätzliche Wärmezufuhr mit Hilfe des Wärmeübertragungsmediums werden so dimensioniert, daß die Einsatzstoffe im unteren Bereich des Pyrolyseabschnitts 8 eine Temperatur von vorzugsweise über 500°C aufweisen. Die an diese Stelle gewünschte Temperatur kann in Abhängigkeit von den speziellen Einsatzmaterialien gezielt geregelt werden.The feed then continues to sink in the pyrolysis section 8 down, pyrolysis being continued, i.a. also at the materials kept in the center by heat transfer also heated. The wall of the pyrolysis section is preferably thermally insulated and / or double-walled formed so that, if necessary, in the formed wall cavity also a heat transfer medium are performed can. The heat insulation or the additional heat with Help of the heat transfer medium are dimensioned so that the starting materials in the lower part of the pyrolysis section 8 a temperature of preferably over 500 ° C. exhibit. The temperature desired at this point may be in Dependent on the specific feed materials targeted be managed.
Unterhalb des Pyrolyseabschnitts 8 schließt sich ein Schmelz-
und Überhitzungsabschnitt 14 an. Dieser weist eine Querschnittseinengung
auf, aufgrund derer sich die Sinkgeschwindigkeit
des Einsatzstoffmaterials verändert. Im Beispiel der
Behandlung vorwiegend organischer Abfälle erfolgt eine Querschnittseinengung
um mindestens 10 %, die beispielsweise
durch konische Einzüge des entsprechenden Schachtteiles in
einem Winkel von etwa 60° zur Horizontalen erzeugt wird.
Außerdem befinden sich im Schmelz- und Überhitzungsabschnitt
14 obere Eindüsungsmittel 15, die im dargestellten Beispiel
durch mehrere am Umfang verteilte Sauerstofflanzen 16 gebildet
sind. Um die Sauerstofflanzen 16 vor einer Überhitzung zu
schützen, werden diese beispielsweise wassergekühlt. Bei
anderen Ausführungen kommen Düsen, Brenner oder dergleichen
als obere Eindüsungsmittel zum Einsatz, über welche gesteuert
verschiedene Brenngase oder Gaszusammensetzungen zugeführt
werden können, mit dem Ziel, die Temperatur in der Schmelz-
und Überhitzungszone auf einen gewünschten Wert einzustellen.
Sofern die Zufuhr von Sauerstoff dafür nicht ausreichend ist
(wenn beispielsweise kurzfristig keine Einsatzstoffe mit
ausreichend hohem Energiewert an dieser Position zur Verfügung
stehen), können auch Fremdbrenngase oder aus dem Reaktor
gewonnene Überschußgase über die Eindüsungsmittel zugeführt
werden. Im speziellen Beispiel erfolgt mit Hilfe der oberen
Eindüsungsmitell 15 die gezielte und dosierte Zugabe von
Sauerstoff unmittelbar unterhalb der Ebene der Querschnittseinengung.
Dadurch bildet sich im Bereich des Schmelz- und
Überhitzungsabschnitts 14 eine heiße Zone 17 aus, in welcher
vorzugsweise Temperaturen von 1500°C bis 2000°C herrschen,
die aber auf das jeweilige Einsatzmaterial abzustimmen sind.Below the pyrolysis section 8, a melting point closes.
and
Die über den Gaszuführraum 10 zugeführten (inerten) Verbrennungsgase
und die im Pyrolyseabschnitt 8 ausgebildeten Pyrolysegase
werden durch diese heiße Zone 17 hindurchgesaugt.
Die Sauerstoffzuführung in der heißen Zone wird so gesteuert,
daß eine Verbrennung unter Sauerstoffmangel erfolgt, die
schließlich zu einer weiteren Temperaturerhöhung und zur
weitgehenden Verkokung der Reststoffe des Einsatzmaterials
führen. Die Temperatur in der heißen Zone 17 wird so eingestellt,
daß schlackebildende mineralische Bestandteile und
metallische Bestandteile in dieser Zone aufgeschmolzen
werden, wobei ein bestimmter Anteil von im Einsatzmaterial
enthaltenen Schadstoffen (z.B. Schwermetalle) in diesen
Schmelzen gelöst wird. Die Metallschmelze und die Schlackenschmelze
tropfen dann nach unten. Die möglichst weitgehend
verkokten Reststoffe sinken ebenfalls weiter abwärts. The over the
Unterhalb des Schmelz- und Überhitzungsabschnitts 14 ist dann
ein Reduktionsabschnitt 20 ausgebildet, in welchem die
verkokten Reststoffe mit ausreichender Verweilzeit weiter
abwärts sinken. Der Reduktionsabschnitt 20 umfaßt einen
Gasabsaugraum 21, über welchen Überschußgase abgesaugt
werden. Alle abgesaugten Gase müssen somit sowohl die heiße
Zone 17 als auch eine unter dieser durch die verkokten Reststoffe
ausgebildete Reduktionszone 22 durchströmen. In der
Reduktionszone 22 werden die Gase mit Hilfe des dort vorhandenen
Kohlenstoffs reduziert. Insbesondere kommt es zur
Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid, wobei vor allem
der in der Schüttung noch enthaltene Kohlenstoff aufgebraucht
und somit weiter vergast wird. Beim Durchlaufen der Reduktionszone
22 werden die Gase außerdem abgekühlt, so daß sie
mit einer technisch beherrschbaren Temperatur, vorzugsweise
etwa 800°C bis 1000°C, abgesaugt werden können. Die abgesaugten
Überschußgase werden nachfolgenden (nicht gezeigten)
Kühl- und/oder Reinigungsstufen und einer geeigneten
Fördereinrichtung (Verdichter oder Gebläse) zugeführt. Bei
der Vergasung von Abfall mit vorwiegend organischen Bestandteilen
stehen danach beispielsweise etwa 80% bis 90% der
Überschußgase als Brenngas für eine stoffliche und/oder energetische
Nutzung zur Verfügung. Dabei kann ein Teilstrom von
etwa 10% bis 20% als Eigengas dem o.g. Brenner 12 und/oder
den Eindüsungsmitteln zugeführt werden, wobei die
Kühlung/Reinigung für diesen Teilstrom auf ein Mindestmaß
beschränkt werden kann. Der Gasabsaugraum 21 ist wiederum
vorteilhaft (aber nicht zwingend) ringförmig ausgebildet,
wobei eine angeschlossene Fördereinrichtung der Absaugung der
Gase dient. Below the melting and
Unterhalb des Gasabsaugraumes 21 schließt sich ein feuerfest
ausgekleideter Herd 25 an. Im Herd 25 werden die Metallschmelzen
und die Schlackeschmelzen gesammelt. Damit diese
Schmelzen flüssig bleiben, sind unmittelbar oberhalb der
Schmelzen und unterhalb des Gasabsaugraumes 21 untere Eindüsungsmittel
26 vorgesehen, die im dargestellten Beispiel
wiederum mehrere Sauerstofflanzen 16 (ggf. wassergekühlt)
aufweisen. Die unteren Eindüsungsmittel können alternativ
gestaltet und betrieben sein, wie dies oben für die oberen
Eindüsungsmittel 15 erläutert wurde. Über die Eindüsung einer
geeigneten Menge von Sauerstoff, Gas, Brenngas o.ö. wird eine
Temperatur für die Schmelzen eingestellt, die ausreichend
hoch ist, um die Schmelzen flüssig zu halten und nach
entsprechender Sammlung über einen Abstich 27 aus dem Reaktor
ausgeleiten zu können. Beispielsweise sind Temperaturen von
etwa 1500°C zweckmäßig. Die Aufteilung der Gesamtmenge des
zugeführten Sauerstoffs/Brenngases auf die Brennkammer 11,
die oberen Eindüsungsmittel 15 und die unteren Eindüsungsmittel
26 ist in Abhängigkeit vom verwendeten Einsatzmaterial
und von den übrigen Prozeßparametern zu optimieren, mit dem
Ziel der weitgehenden Verwertung des Einsatzmaterials und der
Minimierung des Schadstoffanteils in den Reststoffen.Below the
Für den Fachmann wird verständlich sein, daß beispielsweise aus Gründen der Kostenreduzierung anstelle von Sauerstoff auch ein Sauerstoff-Luft-Gemisch bzw. ein Sauerstoff-Brenngas-Gemisch zugeführt werden kann. Ebenso ist offensichtlich, daß die beispielhaft angegebenen Temperaturwerte in Abhängigkeit von den zu verarbeitenden Einsatzmaterialien und der gewünschten Prozeßgeschwindigkeit anzupassen sind. Es ist auch verständlich, daß die Einsatzmaterialien unter Umständen einer mechanischen Zerkleinerung zu unterziehen sind, bevor sie in den Reaktor eingebracht werden, um ein Verstopfen zu vermeiden. In Abhängigkeit von den Einsatzstoffen und von den gewünschten Endprodukten können bestimmte Zuschlagsstoffe zur Stabilisierung des Heizwertes und zur Erhöhung der Ausbeute an Überschußgas sowie zur Verbesserung der Schlackebildung, der Basizität und des Schlackeflusses erforderlich werden.It will be understood by those skilled in the art that, for example for the sake of cost reduction instead of oxygen also an oxygen-air mixture or an oxygen-fuel gas mixture can be supplied. It is also obvious that the temperature values given by way of example depend on of the feedstocks to be processed and the to be adapted to the desired process speed. It is also understandable that the feeds under circumstances to undergo mechanical comminution before they are introduced into the reactor to clog avoid. Depending on the input materials and of the desired final products can be added to certain additives Stabilization of the calorific value and to increase the yield on excess gas and to improve slag formation, basicity and slag flow.
Sofern im Reaktor auch Flüssigkeiten umgesetzt werden sollen,
können diese vorteilhaft über eine Flüssigkeitseindüsung 30
zugeführt werden, die in den Gaszuführraum 10 mündet bzw. mit
anderen Gaszuführmitteln kombiniert ist. Über die Flüssigkeitseindüsung
30 können Wasser, Wasserdampf oder andere zur
Entsorgung bestimmte Flüssigkeiten eingebracht werden, wobei
neben der gewünschten Entsorgung auch eine Regelung der
Temperatur der inerten Verbrennungsgase, des Pyrolyseprozesses
und/oder der Zusammensetzung und der Temperatur der Überschußgase
möglich wird.If liquids are also to be reacted in the reactor,
These can be advantageous via a Flüssigkeitsseindüsung 30th
be fed, which opens into the
Weiterhin ist es möglich, bei Bedarf gezielt zu entsorgende
Stäube über eine Staubzuführung 31 in den Prozeß einzubringen.
Die Staubzuführung 31 ist vorzugsweise ein mittig im
Zuführabschnitt 1 und im Vortemperierungsabschnitt 5 geführtes
Dosierrohr, welches in der Nähe des Schüttkegels 9 endet.
Die Stäube werden daher unmittelbar in die Nähe der schockartigen
Erhitzung der Einsatzstoffe befördert, so daß sie beim
Austreten aus dem Dosierrohr sofort einer hohen Temperatureinwirkung
ausgesetzt sind, die ein Verbrennen oder Vergasen
bewirkt, ohne daß es zu Verpuffungen oder dergleichen kommt.Furthermore, it is possible to selectively dispose of if necessary
To introduce dusts via a
Obwohl sich die oben spezielle erläuterte Ausführungsform insbesondere zur Behandlung (Vergasen und Schmelzen) von Abfällen mit organischen Bestandteilen eignet, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, daß bei der Verwendung anderer Einsatzstoffe Abwandlungen des Reaktors erforderlich oder zweckdienlich sind. Generell können auch Sonderabfälle oder Einsatzstoffe mit höheren Metallanteilen behandelt werden, wobei teilweise das Vergasungs- und teilweise das Schmelzprinzip überwiegen wird. Es können auch verschiedene Einsatzstoffe kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, zum Schmelzen von nicht-organischen Einsatzstoffen gezielt Einsatzstoffe mit höherem Energiewert (z.B. organische Abfälle, belastetes Altholz o.dgl.) zuzusetzen.Although the above specific embodiment explained in particular for the treatment (gasification and melting) of It is suitable for waste with organic components the skilled person will be apparent that in use other feedstock Modifications of the reactor required or expedient. In general, also special waste or starting materials treated with higher metal content be partly with the gasification and partially the Melting principle will predominate. It can also be different Starting materials are combined. That's the way it is, for example possible, for melting non-organic starting materials targeted input materials with higher energy value (for example, organic Waste, contaminated waste wood or the like).
Claims (16)
- Reactor for gasifying and/or melting materials, consisting of:A feed section (1) with a feed aperture (2) through which the materials are introduced into the reactor from above;A pyrolysis section (8) which adjoins the foregoing section (1, 5) at the bottom to create a cross-sectional enlargement so that a discharge cone (9) of the material may form;Gas supply means (10) opening into the pyrolysis section (8) approximately at the level of the cross-sectional enlargement, through which hot gases are supplied to the discharge cone (9);A melting and superheating section (14) which adjoins the pyrolysis section (8) at the bottom to create a cross-sectional narrowing;Upper injection means (15) through which a high-energy medium is introduced into the melting and superheating section (14) immediately below the level of the cross-sectional narrowing;A reduction section (20) which adjoins the melting and superheating section (14) at the bottom and consists of gas exhaust means (21) through which surplus gases are extracted;A furnace (25) with a tap hole (27) below the reduction section (20), for collection and discharge of metal melts and slag melts;Lower injection means (26) through which a high-energy medium is supplied immediately above the melts and below the gas exhaust means (21), to prevent the melts solidifying.
- Reactor according to claim 1, characterized in that a pretempering section (5) is located between the feed section (1) and the pyrolysis section (8).
- Reactor according to claim 2, characterized in that the pyrolysis section (8) and the pretempering section (5) are in double-walled form, at least in sections, to create a wall cavity (6) and a heat transfer medium being carried in the wall cavity (6).
- Reactor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas supply means are in the form of a gas supply space (10), opening into which is at least one combustion chamber (11) equipped with at least one burner (12) which supplies hot gases at approximately 1000°C to the discharge cone (9) through the combustion chambers and the gas space, the gas supply means (10) and the gas exhaust means (21) being in annular form on the circumference of the reactor.
- Reactor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the feed section (1), possibly the pretempering section (5), the pyrolysis section (8) and the reduction section (20) are cylindrical or slightly wider and conical towards the bottom in form, the total length of the feed section (1) and pretempering section (5) is at least three times the diameter of the feed section at the top and the cross-section of the pyrolysis section (8) is at least twice the cross-section at the bottom of the predrying section.
- Reactor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the upper and/or lower injection means (15, 26) consist of several oxygen lances (16) or nozzles arranged in circles on the circumference of the reactor, through which oxygen or a fuel gas mixture is supplied.
- Reactor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the gas supply means (10) are connected to a liquid feeder (30) through which liquid or vaporous materials may be supplied.
- Reactor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a powder supplier (31) is further provided, through which powder may be supplied directly to the level of the cross-sectional enlargement between the feed section (5) and the pyrolysis section (8).
- Reactor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the feed section (1) is largely gasproof sealed at the top, the material being supplied through a lock device.
- Method for gasifying and/or melting materials consisting of the following steps:Formation of a discharge column (4) largely insulated from the environment in a shaft-type reactor;Shock heating of the discharge column (4) by supplying hot gases in the top section in order to initiate pyrolysis in the materials;Production of a hot zone (17) lower down with temperatures above 1000°C by supplying high-energy media;Burning of the pyrolysis products, melting of any metal and mineral constituents contained in them and extensive carbonization of the residues of the materials in the hot zone (17);Suction of all the gases to the bottom through the discharge column (4), the hot zone (17) and a reduction zone lower down (22);Discharge of reduced surplus gases from the reactor in the reduction zone region (22);Collection of any metal and/or slag melts in the bottom section of the reactor;Introduction of high-energy media immediately above the collected melts to keep them liquid;Casting of the melts if necessary.
- Method according to claim 10 in which the high-energy media supplied are oxygen, fuel gases, contents of the extracted surplus gas, liquid fuels or powder fuels.
- Method according to claim 10 or 11 further consisting of the following steps:Level monitoring of the reactor, so that the discharge column is always at a level between a minimum value and a maximum value;Setting of the minimum value so that the discharge column is insulated from the environment above the shock heating point by relatively tightly packed material.
- Method according to one of claims 10 to 12 further consisting of the following steps:Predrying of the materials by heating the discharge column above the shock heating point to approximately 100°C;Regulation of the vacuum for extraction of the gases so that almost no gases escape upwards out of the reactor and only minimal quantities of additional ambient air are drawn in from above through the discharge column.
- Method according to one of claims 10 to 13 further consisting of the following steps:Production of the hot gases for shock heating of the discharge column by burning external fuels in the starting phase of the method;Production of the hot gases for shock heating of the discharge column by burning the reduced surplus gases discharged from the reactor, which are at least partially scrubbed, in combination with external fuels if necessary;Anoxic burning method, so that an inert combustion gas consisting mainly of carbon dioxide and steam is generated.
- Method according to one of claims 10 to 14 further consisting of the following steps:Supply of the discharged surplus gases to a downstream gas utility for cooling and/or scrubbing;Supply of recyclable powders immediately adjacent to the shock heating of the discharge column.
- Method according to one of claims 10 to 15 in which a reactor is used according to one of claims 1 to 9.
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