EP1323809A2 - Co-current shaft reactor - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a DC shaft reactor for Melting and gasifying feedstocks of different types and Consistency, such as pollutant-free and / or contaminated woods, house and Bulky waste, alternative fuels, pelletized dusts or animal meal, Plastics, industrial and commercial waste.
- feedstocks of different types and Consistency such as pollutant-free and / or contaminated woods, house and Bulky waste, alternative fuels, pelletized dusts or animal meal, Plastics, industrial and commercial waste.
- a synthesis gas which is used to generate electrical energy and heat is suitable and / or as a basis for Synthesis processes are used.
- a solid product creates a non-leachable slag and a materially processable Metal phase or a non-elutable liquid phase, which for a further processing is available.
- a coke-heated cycle gas cupola is used material and / or energy recovery of waste materials described. It consists of a vertical furnace shaft with below the Facing large volume recycle gas vents through Channels and nozzles are connected to the melting and overheating zone, above which a large volume excess gas extraction level resulting gas from the process.
- the furnace shaft part between recycle gas and excess gas suction opening queritessverjüngt is the furnace shaft part between recycle gas and excess gas suction opening quer4.000sverjüngt.
- the heat transfer takes place as in DE 43 17 145 C1 due to the fact that the feedstock rises upwards in the countercurrent principle Process gases.
- the multiple countercurrent flow of the gas through the moving bed allows despite some modifications by narrowing the cross-section in the shaft and expanding the cross-section in the Gas discharge does not mean processing a wide range of feed.
- DE 198 16 864 A1 describes a cycle gas cupola, in which an excess gas extraction below the melting and Overheating zone is arranged. This results in a Counterflow gasification and heat transfer in the upper furnace shaft area, where the gas is sucked off through large-volume openings and through Channels / nozzles are directed into the melting and overheating zone. In the Subsequent DC gasification turns the gas at high temperatures reduced and longer-chain hydrocarbons split. Through this The chosen arrangement is the negative influence of short-circuit currents reduced. The spatial proximity of the endothermic processes to the range and the large-volume excess gas extraction removes from the melt necessary heat to the necessary under all operating conditions to ensure liquid discharge of the melt.
- DE 100 07 115 A1 describes a reactor for gasifying and / or melting Feedstocks with a feed, pyrolysis, melting and Overheating section described.
- the pyrolysis section has one Cross-sectional expansion as a gas supply space in which at least one Combustion chamber with at least one burner, through which hot Combustion gases are fed to a bulk cone that forms.
- high-energy media are created using upper and lower Injection agents in the area of the melting and overheating zone as well introduced above the melt by means of oxygen lances and / or nozzles.
- the disadvantage of this device is that it is enlarged by the cone Reactor surface in the area of the cross-sectional expansion of the pyrolysis, because Heat losses occur.
- the object of the invention is a DC shaft reactor to create with that even when using different input materials
- the inventive DC shaft reactor for melting and Gasification of feedstock has a vertical shaft body.
- the feed material is dried and heated within the shaft body and gasified.
- the shaft body can therefore usually be divided into the areas Divide the drying zone, degassing zone and gasification zone.
- To the The shaft body is followed by a receiving body, which is used to hold molten feed. Within that body is the Melting zone of the reactor formed.
- the shaft body and / or the Receiving bodies are equipped with a gas discharge device for removing the Produced useful gases generated within the reactor.
- the Discharge device in the area between the shaft body and the Arranged body and designed as a tube.
- the vertically aligned shaft body on a feed device through which the Feed material is fed to the shaft reactor.
- a gas supply device for the Supply of gas connected to the manhole body.
- the gas supplied at which is preferably air or oxygen-enriched air acts to dry the feed.
- To be good and effective To achieve drying of the feed is the gas supplied preheated according to the invention.
- To preheat the gas According to the invention, the gas supply device with the gas discharge device connected.
- the hot gas discharged from the reactor is according to the invention thus used to preheat the gas supplied to the shaft body.
- a lock arrangement is arranged downstream of the feed opening of the reactor, that controls the feeding of the feed. In the field of Lock arrangement is at least part of the gas supply device with the Lock chamber connected.
- the use of the invention dissipated gas as an energy source leads to the preheating of the Gases no additional energy is required and the feed already undergoes a first drying in the lock arrangement.
- the Lock arrangement is thereby in addition to drying the Input material used.
- Another significant advantage of the invention is that heat is extracted from the gas that is removed. This is the further processing or use of this gas is simplified.
- Feed material can be processed in the shaft reactor, because the Feed material stronger during his stay in the shaft reactor is heated and thus also with poorly processable materials Degassing and gasification can be achieved. In particular, this also means achieved that better degassing and gasification within the reactor takes place so that the useful gas has fewer particles.
- inventive design of the DC shaft reactor possible to produce useful gases that have a significantly lower oil and Tar content and a significantly lower pollutant content.
- the feed material is introduced into the shaft body via the Lock arrangement.
- the Lock arrangement preferably has at least one lock chamber on. A first lock gate is thus opened in order to insert the feed material in bring in the lock chamber. Then this first lock gate closed so that the lock chamber is closed. In this Condition may contain any air contained in the lock chamber and / or be replaced by another gas. Then the second Lock gate leading towards the interior of the shaft reactor, opened and the feed material comes from the lock chamber into the Reactor.
- the lock arrangement is advantageously designed such that the Introducing feed material into the DC shaft reactor almost free cone or low cone. This eliminates the danger reduces that larger pieces of the feed materials roll onto the reactor wall and segregation of the feed takes place. The adverse consequences segregation, such as melting of the furnace lining, Creation of flow channels for the entering gases and fluctuating gas qualities due to different reaction zones thereby greatly reduced.
- a low-cone introduction of material into Shaft reactors can be achieved, for example, by the fact that the Reactor shaft, which follows the lock arrangement, a similar one Has cross-sectional geometry.
- the drop height of the fed Good things should be as low as possible. In particular, not higher than three times the height of the feed material in the lock arrangement. In addition, that should open the second lock gate as quickly as possible so that the underside of the falling feedstock remains as horizontal as possible.
- the feed material in the lock arrangement should not be possible itself already contain a cone. This can be done, for example thereby achieve that the lock chamber in the lock arrangement completely filled with feed and with the closing of the first Lock gates the material that does not fit in the lock chamber, is cut off from the feed material to be introduced. This is in advantageously the first lock gate as a slide with a cutting edge educated. As a result, the feed material to be introduced almost corresponds the geometry of the lock chamber and in particular has almost none Cone on.
- the second lock gate can be opened as quickly as possible advantageously carried out as a flap or slide.
- the DC shaft reactor has a shaft body 10.
- the shaft body 10 can be converted into a Lock arrangement 12, one adjoining the lock arrangement 12 subsequent drying zone 14, one adjoining the drying zone 14 subsequent degassing zone 16 and a subsequent one Gasification zone 18 can be divided.
- a receiving body 20 which is used for receiving of molten feed 22 is used.
- the cross section of the Receiving body expanded so that a ring-shaped Gas collection chamber 24 is formed, the lower part of the gasification zone 18 surrounds.
- the gas collecting space 24 is shown in FIG Embodiment designed as a tube gas discharge device 26th connected.
- the feed material is fed into the shaft body 10 through a feed opening 28 introduced over the lock assembly 12. Feeding the Feed material takes place via the lock arrangement 12 for introduction large amounts of ambient air, through which the melting and Gasification process can be influenced in an uncontrolled manner to prevent.
- the lock arrangement 12 has two lock devices or Lock gates 30, 32 between which the lock chamber 34 is formed, the lock chamber 34 already a part of the Manhole body 10 is.
- the drying zone 14 of the A gas supply device 36 is provided in the shaft body 10.
- the gas supply device 36 has a ring line surrounding the shaft body 10 38, which have a plurality of nozzles 40 distributed evenly around the circumference connected is.
- About the gas feed device 36 is the feed in Area of the drying zone 14 preferably hot air, possibly with oxygen can be enriched, fed to dry the feed.
- a further gas supply device 42 which is also a Has shaft body 10 surrounding ring line 44.
- the ring line 44 is with several nozzles 46, which are preferably evenly distributed over the circumference connected. Energy-rich gases, Oxygen, air or other to control the melting and Gases suitable gases are fed to the feed.
- nozzles 48 are provided in the gasification zone 18. Over the nozzles 48, in turn, high energy gas or other can melt and Gases or substances controlling the gasification process can be supplied. As well instead of the nozzles 48, burners can also be provided which are located in the Gasification zone 18 immediately supply heat to the feed.
- the End region of the shaft body 10 which is rotationally symmetrical with respect to the longitudinal axis 50 is slightly tapered, so that the feed material in the Area of the gasification zone 18 is somewhat retained.
- nozzles 54 are arranged in a side wall 52 of the receiving body 20 in a side wall 52 of the receiving body 20 in a side wall 52 of the receiving body 20 .
- the nozzles 54 are used for insertion energy-rich gases or similar substances. Through the nozzles 54 is ensures that the melt 22 remains liquid.
- Nozzles 54 may also be provided to burners.
- the gas supply device 36 is connected to the gas discharge device 26.
- the pipe of the gas discharge device 26 leads through the hot ones in gases produced in the reactor are discharged to a heat exchanger 56.
- the discharged gases or useful gases flow through the heat exchanger 56 and are then preferably from a tube 58 to Further processing carried away.
- the heat exchanger 56 Pipeline 60 connected. Air or another is passed through the pipeline 60
- Gas passed into the heat exchanger 56 takes in the heat exchanger 56 Heat from the useful gas and is returned from the pipe 62 Heat exchanger derived.
- the tube 62 is then over a heater 64 and a pipe 66 with the ring line 38 of the gas supply device 36 connected.
- Heating the area by the gas supply 36 the drying zone 14 gas supplied to the feedstock is thus in operation preferably exclusively by the heat of the useful gases with the help of Heat exchanger 56 preheated.
- the heater 64 where it are, for example, an electric heater or a burner can, the gas to be supplied via the gas supply device can additionally be warmed. Especially during the start cycle of the reactor, in no hot useful gases through the gas discharge device 26 be dissipated or the temperature of these groove gases is not yet high enough the heater 64 can be used to heat the gas.
- part 35 of the Gas supply device 36 connected to the shaft body 10. Through this The feedstock is already connected in the lock arrangement 12 subjected to the first drying.
- a side wall 68 of the lock arrangement 12 is preferably double-walled. This can cause heating and thus Drying of the feed material can be achieved in the lock chamber 34 by passing a hot medium through the double-walled side wall 68 becomes. It is preferably air or another gas that also by the useful gas, preferably with the help of the heat exchanger 56 is preheated.
- the ideal material input preferably uses a homogeneous mixture ahead, especially when adding additives such as coke and lime.
- entry takes place centrally on the axis of the reactor.
- the reactor should be kept as full as possible during operation.
- a Level monitoring is therefore preferably directly below the Lock gate 32 attached. Filling takes place at a high cycle rate. Through these measures, the false air entry is simultaneously reduced and improved pressure maintenance in the overall system.
- the areas are lock arrangement 12, drying zone 14 and degassing zone 16 into the gasification zone 18 preferably cylindrical or slightly tapered downwards.
- the transition between the zones takes place without step-like or abrupt Cross-sectional expansion, i.e. the transition is the same cross section and without the formation of voids, steps or edges that are free of fill layers.
- the drying zone 14 can also be used, particularly in the case of larger designs be double-walled. This enables indirect heating of the Good column inside or ensuring an even temperature of the wall and a reduction in condensation on the Inside. Hot air is preferably also used as the heat transfer medium used. The use of the flue gas at the end of the process is also possible.
- the drying zone 14 takes place Evaporation of the water takes place.
- the temperature in the goods rises only slightly above 100 ° C.
- gases such as nitrogen and carbon dioxide are released, which are not have arisen from fission reactions.
- the temperature sets above 250 to 300 ° C Development of gases and vapors that are distilled off low molecular weight compounds and the first fission products. Another one Rising temperature causes the reactions that lead to formation of methane and hydrogen.
- the degassing zone 16 can also continue the drying zone 14 be double-walled.
- the double-walled version can be replaced by a silicate brickwork to be replaced.
- An execution of the whole Drying and degassing zone 14, 16 with a ramming mass, also at a double-walled design is advantageous. Less wear and tear on the Steel structural shells stand for lower heat transfer and lower Resistance to temperature changes.
- the gasification zone 18 is the main reaction zone within the Shaft reactor. This takes place at temperatures of 1,200 to 1,400 ° C Material and energetic implementation of the solids. From the solid Gases and solid products from coke to ash are produced as fuel. For the Complete and even response is critical to having a homogeneous Filling with the degassing gas already created and this gasification agent to be introduced is evenly flowed through.
- the Gasification zone 18 must be of sufficient height for these reasons have. This is achieved in that the gasification zone 18 as a straight cylindrical area with a transition to a conical reduction of the cross section or immediately as an increasing taper. There themselves through the material implementations and related destructive forces reduce the grain of material, the increase Cavities inside the pillar. By reducing the Shaft cross-section in this area, the rate of descent Material column are equalized, flow channels are destroyed and the formation of larger voids in the bed is avoided.
- the lower cylindrical or tapered area of the Gasification area 18 protrudes into the melting zone 20. On this part the column above it lies at least partially, at the same time the temperatures are high there. For securing the mechanical Strength and protection against excessive temperatures are cooled using indirect water cooling in shaft wall 70.
- the from the expired degassing and Thermolysis reactions are longer chain hydrocarbons have been thermally split here and were at the same time running out Gasification processes involved.
- a medium combustible gas is formed Calorific value with the main components carbon monoxide, carbon dioxide, Hydrogen and water vapor without components of condensable Hydrocarbons. Many of the chemical reactions that took place are endothermic. The temperature of the gas and the bed is reduced Consequently.
- the gas is deflected by about 180 ° and reaches the free bed Room 24. Due to the endothermic processes described above, the Gas a temperature of approximately 1,000 ° C. After a certain calming of the gas and equalization, the gas is sucked out of the reactor above.
- the gas collecting space 24 is already part of the melting zone 20, which the top is much wider than the protruding gasification zone 18.
- the cylindrical melting zone 20 shrinks conically downwards and closes with the base plate, above which the melted phase collects.
- the melting zone 20 is in its entirety with a multilayer Provide ramming compound or equipped with a lining. reason the high temperatures required for this. Only in the area of The gas collecting space may not need bricking.
- the completely degassed and coked solid is already in places sintered or melted and sinks from the gasification zone 18 into the Melting zone 20.
- a level with several oxygen nozzles is integrated into the melting zone 20 or injectors and / or oxidizing burners 54, which also are symmetrically distributed on the axis.
- the supply of gas with a high proportion of oxygen leads to this strong exothermic reactions with the gas and the solid from the Gasification zone 18.
- There are temperatures which are significantly above the The melting point of the material is usually about 1400 ° C to 1600 ° C. in the In the area of the oxygen nozzles there are even hot temperature zones from 1800 to 2000 ° C. Under these conditions and by adding Slag formers and / or materials that lower the melting point, all inorganic pollutants are melted safely.
- the melted material collects as a melt at the bottom of the Reactor. This liquid melt is emptied as in the foundry usual via a tap hole and a gutter 72. A type with forehearth or Siphon is possible.
- a preferred embodiment of the lock arrangement 12 consists in that the second lock gate 32 is designed as a quick-opening slide (Fig. 2).
- the lock gate 32 is in particular made of several pieces. When the lock gate 32 is opened, this falls into the lock chamber 34 located feed material evenly in the drying zone 14 of the Shaft body 10. Previously, the feed material with the Lock chamber 34 connected part 35 of the gas supply device 36 pre-dried.
- the second designed as a slide Lock gate 32 is advantageously provided with a cutting edge. As a result, when the second lock gate 32 is closed, Lock chamber 34 projecting part of the feed are cut off, whereby the lock chamber 34 can be closed again.
- the first lock gate 30 executed as a slide with a cutting edge, the separates the upper part of the feed material from the lock chamber 34.
- the in this embodiment, the first lock gate 30 can also be in several pieces be carried out.
- the second is for introducing feed material into the shaft body 10 Lock gate 32 initially closed and the first lock gate 30 opened.
- feed material gets into the lock chamber 34 Closing the first lock gate 30 becomes the second lock gate 32 opened, whereby the feed material falls into the shaft body 10.
- additional feed material can already pass through the feed opening 28 be filled, which is provided on the first lock gate 30. Then the filling cycle begins again.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzstoffen unterschiedlicher Art und Konsistenz, wie schadstofffreie und/oder schadstoffbelastete Hölzer, Hausund Sperrmüll, Ersatzbrennstoffe, pelletierte Stäube bzw. Tiermehl, Kunststoffe, Industrie- und Gewerbeabfallstoffe.The present invention relates to a DC shaft reactor for Melting and gasifying feedstocks of different types and Consistency, such as pollutant-free and / or contaminated woods, house and Bulky waste, alternative fuels, pelletized dusts or animal meal, Plastics, industrial and commercial waste.
In Schacht-Reaktoren kann ein Synthesegas, welches zur Erzeugung von elektrischer Energie sowie Wärme geeignet ist und/oder als Basis für Syntheseprozesse Verwendung findet, erzeugt werden. Als festes Produkt entsteht eine nichtauslaugbare Schlacke und eine stofflich weiterverarbeitbare Metallphase oder eine nichteluierbare flüssige Phase, welche für eine weitergehende Verarbeitung zur Verfügung steht.In shaft reactors, a synthesis gas, which is used to generate electrical energy and heat is suitable and / or as a basis for Synthesis processes are used. As a solid product creates a non-leachable slag and a materially processable Metal phase or a non-elutable liquid phase, which for a further processing is available.
DE 43 17 145 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entgasung von Abfallmaterialen auf Basis eines koksbeheizten Gegenstrom-Schachtofens. Hierbei wird das entstehende staubhaltige Gas vollständig abgezogen und in der darunter befindlichen Schmelz- und Überhitzungszone mit Sauerstoff bei hohen Temperaturen verbrannt. Die Gegenstromführung des Gases durch die sich nach unten bewegende Schüttung und die Absaugung zwischen der Kreislaufgasabsaugung und der Kreislaufgaszuführung ergeben eine Vielzahl von praktischen Problemen. Folge sind Kurzschlussströmungen im Schacht und ungenügende Wärmeübertragung in den oberen Schachtbereich, wodurch ein schadstoffbelastetes Gas mit Teer- und Staubbestandteilen entsteht. Hierdurch wird eine aufwendige Gasaufbereitung und -reinigung notwendig. Ferner besteht die Gefahr, dass durch Teer- und Staubablagerungen der kontinuierliche Betrieb gestört wird. Eine weitere permanente Gefahr für einen stabilen Betrieb ist die Führung von Pyrolyse- und Entgasungsgas mit Teerund Staubanteilen in Leitungen. Stellenweise oder vollständige Versetzung der Leitungen mit Teer- Staubablagerungen haben eine ungleichmäßige Kreislaufgasführung und damit eine ungleichmäßige Prozessführung im Schachtofen zur Folge.DE 43 17 145 C1 describes a method and a device for degassing of waste materials based on a coke-heated counterflow shaft furnace. The resulting dust-containing gas is completely drawn off and in the melting and superheating zone underneath with oxygen burned at high temperatures. The countercurrent flow of the gas through the moving bed and the suction between the Circulation gas extraction and the circulation gas supply result in a large number of practical problems. The result is short-circuit currents in the shaft and inadequate heat transfer to the upper shaft area, causing a polluted gas with tar and dust components is produced. hereby complex gas treatment and purification becomes necessary. Further there is a risk that the tar and dust deposits continuous operation is disrupted. Another permanent danger to you stable operation is the management of pyrolysis and degassing gas with tar Dust in lines. Partial or full transfer of the Lines with tar dust deposits have an uneven Recycle gas flow and thus an uneven process control in the Shaft furnace resulted.
In der DE 196 40 497 C2 wird ein koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien beschrieben. Er besteht aus einem senkrechten Ofenschacht mit unterhalb der Begichtung liegenden großvolumigen Kreislaufgasabsaugöffnungen, die durch Kanäle und Düsen mit der Schmelz- und Überhitzungszone verbunden sind, oberhalb welcher eine großvolumige Überschussgasabsaugebene das entstehende Gas aus dem Prozess führt. Hierbei ist der Ofenschachtteil zwischen Kreislaufgas- und Überschussgasabsaugöffnung querschnittsverjüngt. Die Wärmeübertragung erfolgt wie auch in DE 43 17 145 C1 durch die im Gegenstromprinzip zum Einsatzmaterial nach oben steigenden Prozessgase. Auch die mehrfache Gegenstromführung des Gases durch die sich nach unten bewegende Schüttung ermöglicht trotz einiger Modifizierungen durch Querschnittsverengung im Schacht und Querschnittserweiterung im Gasabgang nicht die Verarbeitung eines breiten Spektrums an Einsatzmaterial.In DE 196 40 497 C2 a coke-heated cycle gas cupola is used material and / or energy recovery of waste materials described. It consists of a vertical furnace shaft with below the Facing large volume recycle gas vents through Channels and nozzles are connected to the melting and overheating zone, above which a large volume excess gas extraction level resulting gas from the process. Here is the furnace shaft part between recycle gas and excess gas suction opening querschnittsverjüngt. The heat transfer takes place as in DE 43 17 145 C1 due to the fact that the feedstock rises upwards in the countercurrent principle Process gases. The multiple countercurrent flow of the gas through the moving bed allows despite some modifications by narrowing the cross-section in the shaft and expanding the cross-section in the Gas discharge does not mean processing a wide range of feed.
Weiterführend ist in DE 198 16 864 A1 ein Kreislaufgaskupolofen beschrieben, bei welchem eine Überschussgasabsaugung unterhalb der Schmelz- und Überhitzungszone angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine Gegenstromvergasung und Wärmeübertragung im oberen Ofenschachtbereich, wo das Gas mittels großvolumiger Öffnungen abgesaugt wird und durch Kanäle/ Düsen in die Schmelz- und Überhitzungszone geleitet wird. In der anschließenden Gleichstromvergasung wird das Gas bei hohen Temperaturen reduziert und längerkettige Kohlenwasserstoffe gespalten. Durch diese gewählte Anordnung wird der negative Einfluss von Kurzschlussströmungen verringert. Die räumliche Nähe der endothermen Prozesse zum Herdbereich und die großvolumige Überschussgasabsaugung entzieht der Schmelze notwendige Wärme, um unter allen Betriebsbedingungen den notwendigen flüssigen Austrag von Schmelze sicher zu stellen.Furthermore, DE 198 16 864 A1 describes a cycle gas cupola, in which an excess gas extraction below the melting and Overheating zone is arranged. This results in a Counterflow gasification and heat transfer in the upper furnace shaft area, where the gas is sucked off through large-volume openings and through Channels / nozzles are directed into the melting and overheating zone. In the Subsequent DC gasification turns the gas at high temperatures reduced and longer-chain hydrocarbons split. Through this The chosen arrangement is the negative influence of short-circuit currents reduced. The spatial proximity of the endothermic processes to the range and the large-volume excess gas extraction removes from the melt necessary heat to the necessary under all operating conditions to ensure liquid discharge of the melt.
In DE 100 07 115 A1 ist ein Reaktor zum Vergasen und/ oder Schmelzen von Einsatzstoffen mit einem Zuführ-, Pyrolyse-, Schmelz- und Überhitzungsabschnitt beschrieben. Der Pyrolyseabschnitt weist eine Querschnittserweiterung als Gaszuführraum auf, in den mindestens eine Brennkammer mit mindestens einem Brenner mündet, durch welche heiße Verbrennungsgase einem sich ausbildenden Schüttkegel zugeführt werden. Des weiteren werden energiereiche Medien mittels oberen und unteren Eindüsungsmitteln im Bereich der Schmelz- und Überhitzungszone sowie oberhalb der Schmelze mittels Sauerstofflanzen und/ oder Düsen eingebracht. Nachteilig ist bei dieser Vorrichtung die durch den Schüttkegel vergrößerte Reaktoroberfläche im Bereich der Querschnittserweiterung der Pyrolyse, da Wärmeverluste auftreten. Ferner rollen bei dem Schüttkegel die größeren Stücke der Einsatzstoffe an die Reaktorwand, wodurch eine nachteilige Entmischung auftritt. Die Folge ist eine stark einseitige Abschmelzung der Ofenausmauerung, die zu einer kürzeren Standzeit des Reaktors führt. Durch die Entmischung bilden sich in der Schüttung bevorzugte Strömungskanäle für die eintretenden Gase aus. Dies hat zur Folge, dass sich verschiedenartige inhomogene Reaktionszonen ausbilden, die zu schwankenden Gasqualitäten führen.DE 100 07 115 A1 describes a reactor for gasifying and / or melting Feedstocks with a feed, pyrolysis, melting and Overheating section described. The pyrolysis section has one Cross-sectional expansion as a gas supply space in which at least one Combustion chamber with at least one burner, through which hot Combustion gases are fed to a bulk cone that forms. Furthermore, high-energy media are created using upper and lower Injection agents in the area of the melting and overheating zone as well introduced above the melt by means of oxygen lances and / or nozzles. The disadvantage of this device is that it is enlarged by the cone Reactor surface in the area of the cross-sectional expansion of the pyrolysis, because Heat losses occur. Furthermore, the larger ones roll at the cone Pieces of the feed materials on the reactor wall, creating an adverse Segregation occurs. The result is a strongly one-sided melting of the Furnace lining, which leads to a shorter service life of the reactor. By the segregation forms preferred flow channels in the bed for the entering gases. This has the consequence that different form inhomogeneous reaction zones, the fluctuating gas qualities to lead.
Generell kann davon ausgegangen werden, dass bei Einsatzstoffen mit hohen Zündpunkten bei schlechter Wärmeleitung und bei Stoffen mit hoher Feuchte die zugeführte Wärme im Pyrolyseabschnitt nicht zu einer ausreichenden Erwärmung und Pyrolyse bzw. Entgasung der Stoffe führt. Die Prozesse der Ent- und Vergasung verschieben sich in den Bereich des Schmelz- und Überhitzungsabschnittes und verringern so die Reaktionszeit zur Zerstörung aller sich bildenden Teere und Öle in Form längerkettiger Kohlenwasserstoffe.In general, it can be assumed that materials with high Ignition points with poor heat conduction and with substances with high humidity the heat supplied in the pyrolysis section is not sufficient Heating and pyrolysis or degassing of the substances leads. The processes of Degassing and gasification shift into the area of melting and Overheating section and thus reduce the reaction time to destruction all tars and oils that form in the form of longer-chain hydrocarbons.
Sämtliche vorstehende beschriebene Schacht-Reaktoren sind nur für einen geringen Bereich an Einsatzstoffen einsetzbar. Ferner muss zum Vergasen der Einsatzstoffe eine erhebliche Menge an Energie zugeführt werden. Dies erfolgt durch unterschiedliche Düsensysteme, die in den vertikalen Schachtkörpern angeordnet sind, sowie über zusammen mit dem Schüttgut in den Schachtkörper eingebrachtes Brennmaterial, wie Koks oder dergleichen. Ferner besteht bei bekannten Schacht-Reaktoren unabhängig davon, ob sie im Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip arbeiten, das Problem, dass das entnommene Gas stark partikelbelastet ist und somit vor einer Weiterverarbeitung beispielsweise gefiltert werden muss.All of the shaft reactors described above are only for one small range of feed materials can be used. Furthermore, to gasify the Feedstocks are fed a significant amount of energy. this happens through different nozzle systems in the vertical shaft bodies are arranged, as well as together with the bulk material in the Shaft body introduced fuel, such as coke or the like. Furthermore, known shaft reactors exist regardless of whether they are in the Co-current or counter-current principle work, the problem that that withdrawn gas is heavily contaminated with particles and thus in front of a Further processing, for example, must be filtered.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gleichstrom-Schacht-Reaktor zu schaffen, mit dem auch beim Einsatz unterschiedlicher Einsatzstoffe Nutzgase, insbesondere brennbare Nutzgase mit einer geringen Partikelbelastung, erzeugt werden können, deren Energieinhalt für den Gleichstrom-Schacht-Reaktor genutzt werden kann.The object of the invention is a DC shaft reactor to create with that even when using different input materials Commercial gases, especially flammable commercial gases with a low Particle pollution can be generated, the energy content for the DC shaft reactor can be used.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of Claim 1.
Der erfindungsgemäße Gleichstrom-Schacht-Reaktor zum Schmelzen und Vergasen von Einsatzmaterial, weist einen vertikalen Schachtkörper auf. Innerhalb des Schachtkörpers wird das Einsatzmaterial getrocknet, erwärmt und vergast. Der Schachtkörper lässt sich somit üblicherweise in die Bereiche Trockenzone, Entgasungszone und Vergasungszone unterteilen. An den Schachtkörper schließt sich ein Aufnahmekörper an, der zur Aufnahme von geschmolzenem Einsatzmaterial dient. Innerhalb dieses Körpers ist die Schmelzzone des Reaktors ausgebildet. Der Schachtkörper und/oder der Aufnahmekörper sind mit einer Gas-Abführeinrichtung zum Abführen der innerhalb des Reaktors erzeugten Nutzgase verbunden. Insbesondere ist die Abführeinrichtung im Bereich zwischen dem Schachtkörper und dem Aufnahmekörper angeordnet und als Rohr ausgebildet. Ferner weist der vertikal ausgerichtete Schachtkörper eine Zuführeinrichtung auf, durch die das Einsatzmaterial dem Schacht-Reaktor zugeführt wird.The inventive DC shaft reactor for melting and Gasification of feedstock has a vertical shaft body. The feed material is dried and heated within the shaft body and gasified. The shaft body can therefore usually be divided into the areas Divide the drying zone, degassing zone and gasification zone. To the The shaft body is followed by a receiving body, which is used to hold molten feed. Within that body is the Melting zone of the reactor formed. The shaft body and / or the Receiving bodies are equipped with a gas discharge device for removing the Produced useful gases generated within the reactor. In particular, the Discharge device in the area between the shaft body and the Arranged body and designed as a tube. Furthermore, the vertically aligned shaft body on a feed device through which the Feed material is fed to the shaft reactor.
Erfindungsgemäß ist mit dem Schachtkörper eine Gas-Zuführeinrichtung zum Zuführen von Gas in den Schachtkörper verbunden. Das zugeführte Gas, bei dem es sich vorzugsweise um Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft handelt, dient zum Trocknen des Einsatzmaterials. Um eine gute und effektive Trocknung des Einsatzmaterials zu erzielen, ist das zugeführte Gas erfindungsgemäß vorgewärmt. Zum Vorwärmen des Gases ist erfindungsgemäß die Gas-Zuführeinrichtung mit der Gas-Abführeinrichtung verbunden. Das aus dem Reaktor abgeführte heiße Gas wird erfindungsgemäß somit zum Vorwärmen des dem Schachtkörper zugeführten Gases genutzt. Der Zuführöffnung des Reaktors ist eine Schleusenanordnung nachgeordnet, die das Einbringen des Einsatzmaterials steuert. Im Bereich der Schleusenanordnung ist zumindest ein Teil der Gaszuführeinrichtung mit der Schleusenkammer verbunden. Die erfindungsgemäße Nutzung des abgeführten Gases als Energieträger führt dazu, dass zum Vorwärmen des Gases keine zusätzliche Energie erforderlich ist und das Einsatzmaterial bereits in der Schleusenanordnung eine erste Trocknung erfährt. Die Schleusenanordnung wird dadurch zusätzlich zum Trocknen des Einsatzmaterials genutzt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass dem abgeführten Gas Wärme entzogen wird. Hierdurch ist die Weiterverarbeitung bzw. Nutzung dieses Gases vereinfacht.According to the invention, a gas supply device for the Supply of gas connected to the manhole body. The gas supplied, at which is preferably air or oxygen-enriched air acts to dry the feed. To be good and effective To achieve drying of the feed is the gas supplied preheated according to the invention. To preheat the gas According to the invention, the gas supply device with the gas discharge device connected. The hot gas discharged from the reactor is according to the invention thus used to preheat the gas supplied to the shaft body. A lock arrangement is arranged downstream of the feed opening of the reactor, that controls the feeding of the feed. In the field of Lock arrangement is at least part of the gas supply device with the Lock chamber connected. The use of the invention dissipated gas as an energy source leads to the preheating of the Gases no additional energy is required and the feed already undergoes a first drying in the lock arrangement. The Lock arrangement is thereby in addition to drying the Input material used. Another significant advantage of the invention is that heat is extracted from the gas that is removed. This is the further processing or use of this gas is simplified.
Aufgrund des Vorwärmens des Einsatzmaterials, was erfindungsgemäß bereits unmittelbar nach dem Zuführen des Einsatzmaterials in der Schleusenanordnung erfolgt, kann eine größere Produktpalette an Einsatzmaterial in dem Schachtreaktor verarbeitet werden, da das Einsatzmaterial während seines Aufenthalts im Schachtreaktor stärker erwärmt wird und somit auch bei schlechter verarbeitbaren Materialien eine Ent- und Vergasung erzielt werden kann. Insbesondere ist hierdurch auch erreicht, dass innerhalb des Reaktors eine bessere Ent- und Vergasung stattfindet, so dass das Nutzgas weniger Partikel aufweist. Insbesondere ist es aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Gleichstrom-Schacht-Reaktors möglich, Nutzgase zu erzeugen, die einen erheblich geringeren Ölund Teeranteil sowie einen erheblich geringeren Schadstoffgehalt aufweisen.Due to the preheating of the feed, which is already according to the invention immediately after feeding the feed into the Lock arrangement takes place, can offer a larger product range Feed material can be processed in the shaft reactor, because the Feed material stronger during his stay in the shaft reactor is heated and thus also with poorly processable materials Degassing and gasification can be achieved. In particular, this also means achieved that better degassing and gasification within the reactor takes place so that the useful gas has fewer particles. In particular it is due to the inventive design of the DC shaft reactor possible to produce useful gases that have a significantly lower oil and Tar content and a significantly lower pollutant content.
Das Einbringen von Einsatzmaterial in den Schachtkörper erfolgt über die Schleusenanordnung. Mit Hilfe der Schleusenanordnung kann sichergestellt werden, dass beispielsweise nur eine begrenzte Menge an Umgebungsluft in den Schachtreaktor über die Zuführöffnung gelangt. Hierdurch kann der Prozess innerhalb des Schachtreaktors besser gesteuert werden. Die Schleusenanordnung weist vorzugsweise mindestens eine Schleusenkammer auf. Es wird somit ein erstes Schleusentor geöffnet, um das Einsatzmaterial in die Schleusenkammer einzubringen. Sodann wird dieses erste Schleusentor geschlossen, so dass die Schleusenkammer verschlossen ist. In diesem Zustand kann ggf. enthaltene Luft aus der Schleusenkammer abgesaugt und/oder durch anderes Gas ersetzt werden. Anschließend wird das zweite Schleusentor, die in Richtung des Innenraums des Schachtreaktors führt, geöffnet und das Einsatzmaterial gelangt aus der Schleusenkammer in den Reaktor.The feed material is introduced into the shaft body via the Lock arrangement. With the help of the lock arrangement can be ensured that, for example, only a limited amount of ambient air in the shaft reactor passes through the feed opening. This allows the Process can be better controlled within the shaft reactor. The Lock arrangement preferably has at least one lock chamber on. A first lock gate is thus opened in order to insert the feed material in bring in the lock chamber. Then this first lock gate closed so that the lock chamber is closed. In this Condition may contain any air contained in the lock chamber and / or be replaced by another gas. Then the second Lock gate leading towards the interior of the shaft reactor, opened and the feed material comes from the lock chamber into the Reactor.
In vorteilhafter Weise ist die Schleusenanordnung so gestaltet, dass das Einbringen von Einsatzmaterial in den Gleichstrom-Schacht-Reaktor nahezu schüttkegelfrei bzw. schüttkegelarm erfolgt. Dadurch wird die Gefahr verringert, dass größere Stücke der Einsatzstoffe an die Reaktorwand rollen und eine Entmischung des Einsatzmaterials stattfindet. Die nachteiligen Folgen der Entmischung, wie beispielsweise Abschmelzung der Ofenausmauerung, Entstehung von Strömungskanälen für die eintretenden Gase und schwankende Gasqualitäten durch verschiedenartige Reaktionszonen, werden dadurch stark reduziert. Ein schüttkegelarmes Einbringen von Material in Schachtreaktoren lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass der Reaktorschacht, welcher der Schleusenanordnung nachfolgt, eine ähnliche Querschnittsgeometrie aufweist. Ferner sollte die Fallhöhe des zugeführten Gutes möglichst niedrig sein. Insbesondere nicht höher als die dreifache Höhe des Einsatzmaterials in der Schleusenanordnung. Zusätzlich sollte sich das zweite Schleusentor möglichst schnell öffnen, damit die Unterseite des fallenden Einsatzmaterials möglichst waagerecht bleibt.The lock arrangement is advantageously designed such that the Introducing feed material into the DC shaft reactor almost free cone or low cone. This eliminates the danger reduces that larger pieces of the feed materials roll onto the reactor wall and segregation of the feed takes place. The adverse consequences segregation, such as melting of the furnace lining, Creation of flow channels for the entering gases and fluctuating gas qualities due to different reaction zones thereby greatly reduced. A low-cone introduction of material into Shaft reactors can be achieved, for example, by the fact that the Reactor shaft, which follows the lock arrangement, a similar one Has cross-sectional geometry. Furthermore, the drop height of the fed Good things should be as low as possible. In particular, not higher than three times the height of the feed material in the lock arrangement. In addition, that should open the second lock gate as quickly as possible so that the underside of the falling feedstock remains as horizontal as possible.
Ferner sollte das Einsatzmaterial in der Schleusenanordnung möglichst nicht selber bereits einen Schüttkegel enthalten. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die Schleusenkammer in der Schleusenanordnung vollständig mit Einsatzmaterial gefüllt wird und mit dem Schließen des ersten Schleusentores das Einsatzmaterial, das nicht in die Schleusenkammer passt, vom einzubringenden Einsatzmaterial abgeschnitten wird. Dazu ist in vorteilhafter Weise das erste Schleusentor als Schieber mit Schneidkante ausgebildet. Dadurch entspricht das einzubringende Einsatzmaterial nahezu der Geometrie der Schleusenkammer und weist insbesondere nahezu keinen Schüttkegel auf.Furthermore, the feed material in the lock arrangement should not be possible itself already contain a cone. This can be done, for example thereby achieve that the lock chamber in the lock arrangement completely filled with feed and with the closing of the first Lock gates the material that does not fit in the lock chamber, is cut off from the feed material to be introduced. This is in advantageously the first lock gate as a slide with a cutting edge educated. As a result, the feed material to be introduced almost corresponds the geometry of the lock chamber and in particular has almost none Cone on.
Damit das zweite Schleusentor möglichst schnell geöffnet werden kann, ist es in vorteilhafter Weise als Klappe oder Schieber ausgeführt.It is so that the second lock gate can be opened as quickly as possible advantageously carried out as a flap or slide.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert.
- Figur 1
- zeigt eine schematische Seitenansicht eines Gleichstrom-Schacht-Reaktors.
- Figur 2
- zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausgestaltung einer Schleusenanordnung.
- Figure 1
- shows a schematic side view of a DC shaft reactor.
- Figure 2
- shows a schematic side view of a preferred embodiment of a lock arrangement.
Der Gleichstrom-Schacht-Reaktor weist einen Schachtkörper 10 auf. Der
Schachtkörper 10 kann im dargestellten Ausführungsbeispiel in eine
Schleusenanordnung 12, eine sich an die Schleusenanordnung 12
anschließende Trocknungszone 14, eine sich an die Trocknungszone 14
anschließende Entgasungszone 16 sowie eine sich hieran anschließende
Vergasungszone 18 unterteilt werden. An die Vergasungszone 18 des
Schachtkörpers 10 schließt sich ein Aufnahmekörper 20 an, der zur Aufnahme
von geschmolzenem Einsatzmaterial 22 dient. Im Grenzbereich zwischen der
Vergasungszone 18 und dem Aufnahmekörper 20 ist der Querschnitt des
Aufnahmekörpers erweitert, so dass ein ringförmig ausgebildeter
Gassammelraum 24 ausgebildet ist, der den unteren Teil der Vergasungszone
18 umgibt. Der Gassammelraum 24 ist mit einer im dargestellten
Ausführungsbeispiel als Rohr ausgebildeten Gas-Abführeinrichtung 26
verbunden.The DC shaft reactor has a
Das Einsatzmaterial wird durch eine Zuführöffnung 28 in den Schachtkörper 10
über die Schleusenanordnung 12 eingeführt. Das Zuführen des
Einsatzmaterials erfolgt über die Schleusenanordnung 12 um das Einbringen
großer Mengen an Umgebungsluft, durch die der Schmelz- und
Vergasungsprozess unkontrolliert beeinflusst werden kann, zu verhindern.
Hierzu weist die Schleusenanordnung 12 zwei Schleuseneinrichtungen bzw.
Schleusentore 30,32 auf, zwischen denen die Schleusenkammer 34
ausgebildet ist, wobei die Schleusenkammer 34 bereits ein Teil des
Schachtkörpers 10 ist.The feed material is fed into the
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Trockenzone 14 des
Schachtkörpers 10 eine Gas-Zuführeinrichtung 36 vorgesehen. Die Gas-Zuführeinrichtung
36 weist eine den Schachtkörper 10 umgebende Ringleitung
38 auf, die mit mehreren gleichmäßig an Umfang verteilten Düsen 40
verbunden ist. Über die Gas-Zuführeinrichtung 36 wird dem Einsatzmaterial im
Bereich der Trockenzone 14 vorzugsweise heiße Luft, die ggf. mit Sauerstoff
angereichert sein kann, zum Trocknen des Einsatzmaterials zugeführt.In the illustrated embodiment, the drying
In der sich an die Trockenzone 14 anschließenden Entgasungszone 16 ist eine
weitere Gas-Zuführeinrichtung 42 angeordnet, die ebenfalls eine den
Schachtkörper 10 umgebende Ringleitung 44 aufweist. Die Ringleitung 44 ist
mit mehreren am Umfang vorzugsweise gleichmäßig verteilten Düse 46
verbunden. Über die Gas-Zuführeinrichtung 42 können energiereiche Gase,
Sauerstoff, Luft oder andere zur Steuerung des Schmelz- und
Vergasungsprozesses geeignete Gase dem Einsatzmaterial zugeführt werden.In the
Weitere Düsen 48 sind in der Vergasungszone 18 vorgesehen. Über die Düsen
48 kann wiederum energiereiches Gas oder andere den Schmelz- und
Vergasungsprozess steuernde Gase oder Stoffe zugeführt werden. Ebenso
können anstatt der Düsen 48 auch Brenner vorgesehen sein, die in der
Vergasungszone 18 unmittelbar Wärme dem Einsatzmaterial zuführen. Der
Endbereich des zur Längsachse 50 rotationssymmetrischen Schachtkörpers 10
ist sich leicht verjüngend konisch ausgebildet, so dass das Einsatzmaterial im
Bereich der Vergasungszone 18 etwas zurückgehalten wird.
In einer Seitenwand 52 des Aufnahmekörpers 20 sind ferner mehrere am
Umfang verteilte Düsen 54 angeordnet. Die Düsen 54 dienen zum Einbringen
energiereicher Gase oder entsprechender Stoffe. Durch die Düsen 54 ist
sichergestellt, dass die Schmelze 22 flüssig bleibt. Ebenso können anstelle der
Düsen 54 auch Brenner vorgesehen sein.In a
Die Gas-Zuführeinrichtung 36 ist mit der Gas-Abführeinrichtung 26 verbunden.
Hierzu führt das Rohr der Gas-Abführeinrichtung 26 durch das die heißen in
dem Reaktor entstandenen Gase abgeführt werden, zu einem Wärmetauscher
56. Die abgeführten Gase bzw. Nutzgase strömen durch den Wärmetauscher
56 und werden sodann von einem Rohr 58 vorzugsweise zur
Weiterverarbeitung abgeführt. Ferner ist mit dem Wärmetauscher 56 eine
Rohrleitung 60 verbunden. Durch die Rohrleitung 60 wird Luft oder ein anderes
Gas in den Wärmetauscher 56 geleitet, nimmt in dem Wärmetauscher 56
Wärme von dem Nutzgas auf und wird durch ein Rohr 62 wieder aus dem
Wärmetauscher abgeleitet. Das Rohr 62 ist sodann über eine Heizeinrichtung
64 und ein Rohr 66 mit der Ringleitung 38 der Gas-Zuführeinrichtung 36
verbunden. Das Erwärmen der durch die Gas-Zuführeinrichtung 36 im Bereich
der Trockenzone 14 dem Einsatzmaterial zugeführte Gas wird somit im Betrieb
vorzugsweise ausschließlich durch die Wärme der Nutzgase mit Hilfe des
Wärmetauschers 56 vorgewärmt. Mit Hilfe der Heizeinrichtung 64, bei der es
sich beispielsweise um eine elektrische Heizung oder einen Brenner handeln
kann, kann das über die Gas-Zuführeinrichtung zuzuführende Gas zusätzlich
erwärmt werden. Insbesondere während des Start-Zyklus' des Reaktors, in
dem noch keine heißen Nutzgase durch die Gas-Abführeinrichtung 26
abgeführt werden oder die Temperatur dieser Nutgase noch nicht hoch genug
ist, kann die Heizeinrichtung 64 zum Erwärmen des Gases genutzt werden.The
Erfindungsgemäß wird im Bereich der Schleusenanordnung 12 ein Teil 35 der
Gas-Zuführeinrichtung 36 mit dem Schachtkörper 10 verbunden. Durch diese
Verbindung wird das Einsatzgut bereits in der Schleusenanordnung 12 einer
ersten Trocknung unterzogen.According to the invention,
Vorzugsweise ist eine Seitenwand 68 der Schleusenanordnung 12
doppelwandig ausgebildet. Hierdurch kann eine Erwärmung und somit eine
Trocknung des Einsatzmaterials in der Schleusenkammer 34 erzielt werden
indem ein heißes Medium durch die doppelwandige Seitenwand 68 geleitet
wird. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um Luft oder ein anderes Gas, das
ebenfalls durch das Nutzgas vorzugsweise mit Hilfe des Wärmetauschers 56
vorgewärmt wird.A
Der ideale Materialeintrag setzt vorzugsweise eine homogene Mischung
voraus, insbesondere bei Zudosierung von Zusätzen wie Koks und Kalk. Der
Eintrag erfolgt erfindungsgemäß zentral auf der Achse des Reaktors. Der
Reaktor ist im laufenden Betrieb möglichst voll zu halten. Eine
Füllstandsüberwachung ist demzufolge vorzugsweise direkt unter dem
Schleusentor 32 angebracht. Die Befüllung erfolgt in einer hohen Taktrate.
Durch diese Maßnahmen wird gleichzeitig der Falschlufteintrag verringert und
die Druckhaltung im Gesamtsystem verbessert.The ideal material input preferably uses a homogeneous mixture
ahead, especially when adding additives such as coke and lime. The
According to the invention, entry takes place centrally on the axis of the reactor. The
The reactor should be kept as full as possible during operation. A
Level monitoring is therefore preferably directly below the
Erfindungsgemäß sind die Bereiche Schleusenanordnung 12, Trocknungszone
14 und Entgasungszone 16 bis in die Vergasungszone 18 vorzugsweise
zylindrisch oder leicht konisch sich nach unten erweiternd ausgebildet. Der
Übergang zwischen den Zonen erfolgt ohne stufenförmige oder sprunghafte
Querschnittserweiterung, d.h. der Übergang ist gleichen Querschnitts und
ohne Ausbildung von schüttschichtfreien Hohlräumen, Stufen oder Kanten.According to the invention, the areas are
Die Trocknungszone 14 kann insbesondere bei größeren Bauarten ebenfalls
doppelwandig ausgeführt sein. Dies ermöglicht die indirekte Erwärmung der
Gutsäule im Innern bzw. die Sicherstellung einer gleichmäßigen Temperatur an
der Wandung und eine Verringerung von Kondensationserscheinungen an der
Innenseite. Als Wärmeträgermedium wird vorzugsweise ebenfalls heiße Luft
eingesetzt. Der Einsatz des am Ende des Prozesses aufstehenden Rauchgases
ist ebenfalls möglich.The drying
Bei der Erwärmung des Ausgangsgutes findet in der Trocknungszone 14 die
Verdampfung des Wassers statt. Die Temperatur im Gut steigt dabei nur wenig
über 100°C an. Mit zunehmender Temperatur werden im weiteren Verlauf
adsorbierte Gase wie Stickstoff und Kohlendioxid freigesetzt, welche nicht
durch Spaltreaktionen entstanden sind. Spätestens hier kann von der
Entgasung gesprochen werden. Oberhalb 250 bis 300 °C setzt dann die
Entwicklung von Gasen und Dämpfen ein, bei denen es sich um abdestillierte
niedrigmolekulare Verbindungen und erste Spaltprodukte handelt. Ein weiteres
Ansteigen der Temperatur bewirkt den Ablauf von Reaktionen, die zur Bildung
von Methan und Wasserstoff führen. When the starting material is heated, the drying
Die Entgasungszone 16 kann in Fortführung der Trocknungszone 14 ebenfalls
doppelwandig gestaltet sein.The
Im unteren Drittel der Trocknungs- und Entgasungszone 14,16 ergibt sich ein
Bereich, in welchem die Reaktorinnentemperatur größer als die
Heißlufttemperatur ist. Hier kann die doppelwandige Ausführung durch eine
silikatische Ausmauerung ersetzt werden. Eine Ausführung der gesamten
Trocknungs- und Entgasungszone 14,16 mit einer Stampfmasse, auch bei
einer doppelwandigen Gestaltung, ist vorteilhaft. Geringerem Verschleiß der
Stahlbauhülle stehen geringerer Wärmeübergang und niedrigere
Temperaturwechselbeständigkeit gegenüber.The result is in the lower third of the drying and
Bei der weiteren Erwärmung der Schüttsäule ab etwa 700°C erfolgt neben der Spaltung des Brennstoffes unter dem Einfluss der Wärme die heterogene Reaktion zwischen dem Brennstoff und dem noch nicht reagierten Sauerstoff der Luft.If the bulk column is heated further from approx. 700 ° C, in addition to the Splitting of fuel under the influence of heat is heterogeneous Reaction between the fuel and the unreacted oxygen the air.
Die Vergasungszone 18 ist die Hauptreaktionszone innerhalb des
Schachtreaktors. Hier erfolgt bei Temperaturen von 1.200 bis 1.400 °C die
stoffliche und energetische Umsetzung der Feststoffe. Aus dem festen
Brennstoff entstehen Gase und feste Produkte von Koks bis Asche. Für die
vollständige und gleichmäßige Reaktion ist entscheidend, dass eine homogene
Schüttung durch das bereits entstandene Entgasungsgas und das hier
einzubringende Vergasungsmittel gleichmäßig durchströmt wird. Die
Vergasungszone 18 muss aus diesen Gründen eine ausreichende Höhe
besitzen. Dies wird insofern dadurch erreicht, dass die Vergasungszone 18 als
ein gerader zylindrischer Bereich mit Übergang in eine konische Verkleinerung
des Querschnittes oder sofort als zunehmende Verjüngung ausgebildet ist. Da
sich durch die stofflichen Umsetzungen und damit zusammenhängende
zerstörende Kräfte das Materialkorn verkleinert, vergrößern sich die
Hohlräume innerhalb der Schüttsäule. Durch die Verkleinerung des
Schachtquerschnittes in diesem Bereich kann die Sinkgeschwindigkeit der
Materialsäule vergleichmäßigt werden, Strömungskanäle werden zerstört und
die Ausbildung von größeren Hohlräumen in der Schüttung wird vermieden.The
In Fortführung der darüber befindlichen Entgasungszone 16 ist der Bereich der
Vergasung ebenfalls mit einer silikatischen Masse ausgekleidet.In continuation of the
Der untere zylindrische oder sich verjüngende Bereich des
Vergasungsbereiches 18 ragt in die Schmelzzone 20 hinein. Auf diesen Teil
liegt die darüber befindliche Schüttsäule zumindest teilweise auf, gleichzeitig
herrschen dort hohe Temperaturen. Für die Sicherung der mechanischen
Festigkeit und des Schutzes vor zu hohen Temperaturen erfolgt eine Kühlung
mittels indirekter Wasserkühlung in der Schachtwand 70.The lower cylindrical or tapered area of the
Das Gas durchströmte im Gleichstrom mit dem Einsatzmaterial die Zone der
Hochtemperaturvergasung 18. Die aus den abgelaufenen Entgasungs- und
Thermolysereaktionen entstandenen längerkettigen Kohlenwasserstoffe sind
hier thermisch gespalten worden und waren gleichzeitig an den ablaufenden
Vergasungsprozesse beteiligt. Es entsteht ein brennbares Gas mittleren
Heizwertes mit den Hauptkomponenten Kohlenmonoxid, Kohlendioxid,
Wasserstoff und Wasserdampf ohne Bestandteile an kondensierbaren
Kohlenwasserstoffen. Viele der dabei abgelaufenen chemischen Reaktionen
sind endotherm. Die Temperatur des Gases wie der Schüttung verringert sich
somit.The gas flowed through the zone of the feedstock in cocurrent
Unterhalb des wassergekühlten Bereiches des Vergasungsbereiches 18 erfährt
das Gas eine Umlenkung um etwa 180° und gelangt in den schüttschichtfreien
Raum 24. Durch vorstehend beschriebene endotherme Vorgänge besitzt das
Gas eine Temperatur von ca. 1.000 °C. Nach einer gewissen Gasberuhigung
und -vergleichmäßigung wird das Gas oberhalb aus dem Reaktor abgesaugt.Experienced below the water-cooled area of the
Der Gassammelraum 24 ist bereits Bestandteil der Schmelzzone 20, welche
oben wesentlich weiter als die hineinragende Vergasungszone 18 ist. Die
zylindrische Schmelzzone 20 verkleinert sich konisch nach unten und schließt
mit der Bodenplatte ab, oberhalb welcher sich die aufgeschmolzene Phase
sammelt.The
Die Schmelzzone 20 ist in ihrer Gesamtheit mit einer mehrschichtigen
Stampfmasse versehen oder mit einer Ausmauerung ausgestattet. Grund
hierfür sind die notwendigen hohen Temperaturen. Nur im Bereich des
Gassammelraumes ist unter Umständen eine Ausmauerung nicht notwendig.The
Der vollständig entgaste und verkokte Feststoff, ist stellenweise bereits
gesintert bzw. geschmolzen und sinkt aus der Vergasungszone 18 weiter in die
Schmelzzone 20.The completely degassed and coked solid is already in places
sintered or melted and sinks from the
In die Schmelzzone 20 integriert ist eine Ebene mit mehreren Sauerstoffdüsen
oder -Injektoren und/oder oxidierend betriebenen Brennern 54, welche ebenso
symmetrisch auf der Achse verteilt sind.A level with several oxygen nozzles is integrated into the
Durch die Zuführung von Gas mit einem hohen Sauerstoffanteil kommt es zu
starken exothermen Reaktionen mit dem Gas und dem Feststoff aus der
Vergasungszone 18. Es ergeben sich Temperaturen, welche deutlich über dem
Schmelzpunkt des Materials liegen, üblicherweise ca. 1400 °C bis 1600 °C. Im
Bereich der Sauerstoffdüsen ergeben sich sogar heiße Temperaturzonen von
1800 bis 2000 °C. Unter diesen Bedingungen und durch die Zugabe von
Schlackebildnern und/ oder Materialien, welche den Schmelzpunkt absenken,
werden alle anorganischen Schadstoffen sicher aufgeschmolzen.The supply of gas with a high proportion of oxygen leads to this
strong exothermic reactions with the gas and the solid from the
Das aufgeschmolzene Material sammelt sich als Schmelze am Boden des
Reaktors. Die Entleerung dieser flüssigen Schmelze erfolgt wie in der Gießerei
üblich über ein Abstichloch und eine Rinne 72. Eine Bauart mit Vorherd oder
Siphon ist möglich. The melted material collects as a melt at the bottom of the
Reactor. This liquid melt is emptied as in the foundry
usual via a tap hole and a
Bei ausreichend großer Bauart und entsprechender Verweilzeit der Schmelze wird sich die Schmelze in eine schwere metallhaltige Phase und eine darauf schwimmende Schlacke trennen. Hier besteht die Möglichkeit, über verschieden hohe Entleerungen eine verwertbare metallische Phase und eine Schlacke gewinnen zu können. Im Produkt Schlacke sind keine organischen Stoffe enthalten und die anorganischen Bestandteile sind in einer silikatischen Matrix stabil eingebaut. Die Nutzung als Material für den Hafen-, Deponie- und Straßenbau sind bekannt, ebenso möglich ist die Herstellung spezieller Gussformen und Produkten, wie sie in der Glasindustrie üblich sind.With a sufficiently large design and corresponding residence time of the melt the melt will turn into a heavy metal phase and one on top of it separate floating slag. There is a possibility here about different levels of drainage, a usable metallic phase and a To be able to win slag. There are no organic slags in the product Contain substances and the inorganic components are in a silicate Matrix installed stably. Use as material for port, landfill and Road construction is known, and the production of special ones is also possible Molds and products that are common in the glass industry.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Schleusenanordnung 12 besteht darin,
dass das zweite Schleusentor 32 als schnellöffnender Schieber ausgestaltet ist
(Fig. 2). Dazu ist das Schleusentor 32 insbesondere mehrstückig ausgeführt.
Beim Öffnen des Schleusentors 32 fällt das in der Schleusenkammer 34
befindliche Einsatzmaterial gleichmäßig in die Trocknungszone 14 des
Schachtkörpers 10. Zuvor wurde das Einsatzmaterial mit dem mit der
Schleusenkammer 34 verbundenen Teil 35 der Gas-Zuführeinrichtung 36
vorgetrocknet. Für den Fall, dass der Schachtkörper 10 mit soviel
Einsatzmaterial gefüllt ist, dass ein Teil des Einsatzmaterials in die
Schleusenkammer 34 hineinragt, ist das als Schieber ausgestaltete zweite
Schleusentor 32 in vorteilhafter Weise mit einer Schneidkante versehen.
Dadurch kann beim Schließen des zweiten Schleusentores 32 der in die
Schleusenkammer 34 ragende Teil des Einsatzmaterials abgeschnitten werden,
wodurch die Schleusenkammer 34 wieder geschlossen werden kann.A preferred embodiment of the
Damit sich in der Schleusenkammer 34 nahezu kein Schüttkegel ausbildet,
wird die Schleusenkammer 34 vollständig gefüllt und der Teil des
Einsatzmaterials, der nicht hereinpasst, abgeschnitten. Dazu ist das erste
Schleusentor 30 als Schieber mit einer Schneidkante ausgeführt, der den
oberen Teil des Einsatzmaterials von der Schleusenkammer 34 abtrennt. Das
erste Schleusentor 30 kann in dieser Ausführungsform ebenfalls mehrstückig
ausgeführt werden. So that almost no cone of bulk forms in the
Zum Einbringen von Einsatzmaterial in den Schachtkörper 10 ist das zweite
Schleusentor 32 zunächst geschlossen und das erste Schleusentor 30 geöffnet.
Dadurch gelangt Einsatzmaterial in die Schleusenkammer 34. Nach dem
Schließen des ersten Schleusentors 30 wird das zweite Schleusentor 32
geöffnet, wodurch das Einsatzmaterial in den Schachtkörper 10 fällt.
Gleichzeitig kann durch die Zuführöffnung 28 bereits weiteres Einsatzmaterial
eingefüllt werden, das auf dem ersten Schleusentor 30 bereitgestellt wird.
Danach beginnt der Befüllungszyklus von Neuem.The second is for introducing feed material into the
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