EP1399527A2 - Verfahren und vorrichtung zur pyrolyse und vergasung von stoffgemischen, die organische bestandteile enthalten - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur pyrolyse und vergasung von stoffgemischen, die organische bestandteile enthalten

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EP1399527A2
EP1399527A2 EP02754763A EP02754763A EP1399527A2 EP 1399527 A2 EP1399527 A2 EP 1399527A2 EP 02754763 A EP02754763 A EP 02754763A EP 02754763 A EP02754763 A EP 02754763A EP 1399527 A2 EP1399527 A2 EP 1399527A2
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EP
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reactor
pyrolysis
catalyst
cracking
heat transfer
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Günter Funk
Stefan Hamel
Christian Mertens
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    • F23G2203/502—Fluidised bed furnace with recirculation of bed material inside combustion chamber

Definitions

  • DE-OS 199 30 071 discloses a method and a device for the pyrolysis and gasification of organic substances, in which the organic substances are introduced into a drying and pyrolysis reactor, in which they are brought into contact with the fluidized bed material of a combustion fluidized bed, whereby a Drying and pyrolysis takes place, in which the organic substances are converted into water vapor from the drying and pyrolysis products.
  • the pyrolysis products consist of gases with condensable substances and solid carbonaceous residues.
  • the organic substances or the mixture of substances which contains organic constituents are brought into contact with a heat transfer medium from a combustion reactor in a pyrolysis reactor and pyrolyzed.
  • the pyrolysis reactor is preferably a shaft reactor.
  • a fluidized bed reactor is preferably used as the combustion reactor.
  • the heat transfer medium is preferably formed by the ash from the combustion reactor.
  • the heat transfer medium or the fluidized bed material can contain ash from the combustion reactor or consist exclusively or practically exclusively of this ash. It is advantageous if the organic substances are brought into contact with the heat transfer medium by mixing them together.
  • the organic substances and the heat transfer medium are brought into contact or mixed and dried in the pyrolysis reactor and pyro- lysed.
  • the pyrolysis coke formed by the pyrolysis is burned in the combustion reactor or fluidized bed reactor with the supply of air.
  • a so-called fluidized siphon In the field of circulating fluidized bed furnaces, it is known to use a so-called fluidized siphon.
  • This consists of a downpipe and a container with an overflow.
  • the hot heat transfer medium e.g. ash
  • the desired sealing function is achieved by the pressure loss of the fixed bed in the downpipe.
  • the fluidization of the siphon achieves the delivery of the hot medium to a subsequent reactor. Since there are oxidizing operating conditions in fluidized bed furnaces, in which air is added anyway, the air components of the fluidizing agent "air" do not interfere with the process.
  • the cracking reactor acts as a pre-catalyst.
  • the crack reactor is then not absolutely necessary. It is also possible to dispense with the cracking reactor, so that in this case the further reactor with the catalyst bed can act as the actual cracking reactor for the catalytic cleaning of the raw gas generated by the pyrolysis.
  • a further advantageous development is characterized in that water can flow through the downpipe or the moving bed.
  • the water vapor can act as a sealing gas.
  • the design parameters and / or operating parameters are preferably influenced in such a way that water vapor as a sealing gas flows through the downpipe or the moving bed.
  • the invention provides a method and a device by means of which a clean gas can be generated from a fuel with a certain ash content and high volatile content, which is suitable for use in gas turbine processes and internal combustion engines as well as for material recycling, that is to say of very high quality is.
  • the objective is achieved that no technical oxygen has to be used and that the pyrolysis gas does not come into contact with inert gases.
  • the invention is particularly suitable for processing Dry Stecuringt ® .
  • a catalyst 40 is added in the upper region of the shaft reactor 1.
  • the shaft reactor and the crack reactor are also designed here as one component, namely as a pyrolysis-crack reactor 30 '.
  • the addition of the catalyst 40 in the upper region of the shaft reactor 1 does not necessarily have to take place with the ash 5 from the fluidized bed reactor 2.
  • the catalyst can also be added in other ways.
  • the catalyst can be present in the upper region of the shaft reactor 1, that is to say in the region of the pyrolysis-cracking reactor 30 ′ which is designated by 41.
  • a permanent catalyst such as metal oxide can be used.
  • a lost catalyst such as coke or coal can also be used.
  • the fluidized siphon 45 shown in FIG. 4 comprises a down pipe 46, which can also be designed as a down shaft, and a container 47 with an overflow.
  • the hot ash from the fluidized bed 41 ′ passes through the in the fluidized bed furnace 2 trained ash overflow 48 into the downpipe 46, where it is collected. This hot ash forms a moving bed in the downpipe 46 and slips into the container 47.
  • the bottom of the container 47 is designed as a nozzle base 49, through which superheated steam 50 is fed to the container 47.
  • the downpipe 46 in conjunction with the fluidized siphon 45 enables a separation of the oxidizing atmosphere in the combustion reactor or fluidized bed furnace and the reducing atmosphere in the cracking reactor and in the pyrolysis reactor.
  • a defined, very small steam flow penetrates through the moving bed in the downpipe 46 into the combustion reactor or fluidized bed furnace and thus acts as a sealing gas.
  • This sealing steam flow can be set in a targeted manner by permanently setting a pressure drop across the moving bed in the downpipe 46.
  • This drop in pressure can be influenced by the height of the moving bed (design parameters) and by the vapor admission pressure and the negative pressure in the combustion reactor or fluidized bed furnace (operating parameters). An influencing by other and / or further design parameters and / or operating parameters is possible.
  • the main stream of water vapor either enters the cracking reactor together with the ash or additionally via a bypass and thus blocks the siphon against raw gas from the cracking reactor.
  • superheated steam with an initial pressure of 1.0 to 1.5 bar and around 800 ° C. to 850 ° C. can be used in the pyrolysis reactor to carry out the desired cracking reactions. It is thus possible to first use the superheated steam 50 as a fluidizing agent and then to use the same steam in the cracking reactor / pyrolysis reactor 1, 3, 30, 31, 30 ', 41 for the cracking reactions.

Abstract

Ein Verfahren dient zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten. Die organischen Stoffe bzw. Das Stoffgemisch, das organische Bestandteile enthält, werden in einem Pyrolysereaktor, vorzugsweise einem Schachtreaktor, mit einem Wärmeträgermedium, vorzugsweise der Asche aus einem Verbrennungsreaktor, in Kontakt gebracht und pyrolysiert. Der durch die Pyrolyse entstehende Pyrolysekoks wird in einem Verbrennungsreaktor, vorzugsweise einem Wirbelschichtreaktor, unter Luftzufuhr verbrannt. Die Kondensierbaren Bestandteile des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases werden in einem Crackreaktor vorzugsweise durch einen Katalysator gecrackt. Um ein derartiges Verfahren zu verbessern wird das Wärmeträgermedium mittels überhitztem Wasserdampf (50) als Fluidisierungsmittel gefördert.

Description

INTERNATIONAL SEARCH REPORT
Verfahren und Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemi- schen, die organische Bestandteile enthalten, und eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Bei diesen Stoffgemischen kann es sich insbesondere um Hausmüll oder haus- müllähnliche Abfälle handeln sowie um Produkte, die aus Hausmüll oder hausmüll- ähnlichen Abfällen gewonnen worden sind.
Verfahren und Vorrichtungen zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen sind bereits bekannt. Die DE-PS 197 55 693 offenbart ein Verfahren zur Vergasung von organischen Stoffen, bei dem die organischen Stoffe in einen Pyrolysereaktor geleitet werden, in welchem sie mit einem Wärmeträgermedium in Kontakt gehalten werden, wodurch eine Pyrolyse stattfindet. Der Pyrolysereaktor ist ein Wanderbettreaktor oder eine Drehtrommel. Die Pyrolyseprodukte bestehen aus Pyrolysegasen mit kondensierbaren Stoffen und einem festen kohlenstoffhaltigen Rückstand. Der feste kohlenstoffhaltige Rückstand und das Wärmeträgermedium werden einer Feuerung zugeführt, in der der kohlenstoffhaltige Rückstand verbrannt und das Wärmeträgermedium aufgeheizt und wieder dem Pyrolysereaktor zugeführt wird. Die teerhaltigen Pyrolysegase werden in einer zweiten Reaktionszone derart nach- erhitzt, daß ein gereinigtes Synthesegas mit hohem Heizwert erhalten wird. Dies geschieht in der Weise, daß die teerhaltigen Pyrolysegase in einen indirekten Wärmetauscher geleitet werden, in dem sie mit einem Reaktionsmittel, beispielsweise Wasserdampf, reagieren. Die Feuerungsabgase werden derart durch den indirekten Wärmetauscher geleitet, daß deren Wärmeinhalt für die Reaktion der Pyrolysegase mit dem Reaktionsmittel genutzt wird. Die aus der Feuerung abgezogene Asche der festen kohlenstoffhaltigen Rückstände und das Wärmeträgermedium werden am Eintragsende für den organischen Stoff in den Pyrolysereaktor zurückgeführt.
Die DE-OS 199 30 071 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von organischen Stoffen, bei dem die organischen Stoffe in einen Trocknungs- und Pyrolysereaktor eingebracht werden, in dem sie mit dem Wirbelbettmaterial einer Verbrennungswirbelschicht in Kontakt gebracht werden, wodurch eine Trocknung und Pyrolyse stattfindet, bei der die organischen Stoffe in Wasserdampf aus der Trocknung und Pyrolyseprodukte umgesetzt werden. Die Pyrolyseprodukte bestehen aus Gasen mit kondensierbaren Substanzen und festem kohlenstoffhaltigen Rückstand. Der feste kohlenstoffhaltige Rückstand, gegebenenfalls mit Anteilen des Wasserdampfs und der Pyrolysegase mit kondensierbaren Substanzen, und das Wirbelbettmaterial werden zurück in die Verbrennungswirbelschicht geführt, in der der kohlenstoffhaltige Rückstand der organischen Stoffe verbrannt, das Wirbelbettmaterial aufgeheizt und wieder in den Pyrolysereaktor geführt wird. Der Wasserdampf aus der Trocknung und die Pyrolysegase mit kondensierbaren Substanzen werden in einer weiteren Reaktionszone derart nachbehandelt, daß ein Produktgas mit hohem Heizwert entsteht. Die Verbrennungswirbelschicht, in der die Pyrolyserückstände verbrannt werden, wird als stationäre Wirbelschicht betrieben. Die Pyrolysegase werden in einen indirekten Wärmetauscher geleitet, in dem sie gegebenenfalls mit einem Reaktionsmittel wie Wasserdampf, Sauerstoff oder Luft oder einer Mischung daraus reagieren. Die Feuerungsabgase werden derart mit dem indirekten Wärmetauscher in Kontakt gebracht, daß deren Wärmeinhalt für die Reaktion der Pyrolysegase mit dem Reaktionsmittel genutzt wird. Bei dem vorbekannten Verfahren nach der DE-PS 197 55 693 und auch bei dem Verfahren nach der prioritätsälteren deutschen Patentanmeldung 199 30 071.2 wird jeweils ein indirekter Wärmetauscher verwendet, dem die Wärme der Feuerungsabgase zugeführt wird und durch den die Pyrolysegase geleitet werden. Diese Verfahrensweise und die zur Durchführung eines derartigen Verfahrens erforderliche Vorrichtung sind allerdings mit Nachteilen behaftet.
Die prioritätsältere, nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 100 33 453.9 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten. Die vorliegende Erfindung ist besonders gut zur Anwendung bei einem Verfahren und/oder einer Vorrichtung nach dieser deutschen Patentanmeldung geeignet. Dementsprechend wird hiermit auf die deutsche Patentanmeldung 100 33 453.9 in vollem Umfang Bezug genommen; der Inhalt dieser Patentanmeldung wird hiermit in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
Bei dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9 werden die organischen Stoffe bzw. das Stoffgemisch, das organische Bestandteile enthält, in einem Pyrolysereaktor mit einem Wärmeträgermedium aus einem Verbrennungsreaktor in Kontakt gebracht und pyrolysiert. Bei dem Pyrolysereaktor handelt es sich vorzugsweise um einen Schachtreaktor. Als Verbrennungsreaktor wird vorzugsweise ein Wirbelschichtreaktor verwendet. Das Wärmeträgermedium wird vorzugsweise durch die Asche aus dem Verbrennungsreaktor gebildet. Es ist aber auch möglich, ein sonstiges Wärmeträgermaterial bzw. Wirbelbettmaterial zu verwenden. Der Wärmeträger bzw. das Wirbelbettmaterial kann Asche aus dem Verbrennungsreaktor enthalten oder ausschließlich oder praktisch ausschließlich aus dieser Asche bestehen. Vorteilhaft ist es, wenn die organischen Stoffe mit dem Wärmeträgermedium dadurch in Kontakt gebracht werden, daß sie miteinander vermischt werden. Die organischen Stoffe und das Wärmeträgermedium werden in dem Pyrolysereaktor in Kontakt gebracht bzw. vermischt und getrocknet und pyro- lysiert. Der durch die Pyrolyse entstehende Pyrolysekoks wird in dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor unter Luftzufuhr verbrannt.
Das durch die Pyrolyse erzeugte Rohgas bzw. dessen kondensierbare Bestandteile werden in einem Crackreaktor gereinigt bzw. gecrackt. Vorzugsweise erfolgt diese Reinigung bzw. Crackung durch einen Katalysator, der im Crackreaktor vorgesehen ist. Diese Reinigung bzw. katalytische Reinigung bzw. Crackung erfolgt vorzugsweise unter Zugabe von Wasserdampf.
Das Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9 eignet sich insbesondere für die Pyrolyse und Vergasung eines Stoffgemischs, das aus Hausmüll oder hausmüllähnlichen Abfällen erhalten worden ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um ein Stoffgemisch, das aus Hausmüll oder hausmüllähnlichen Abfällen nach folgendem Verfahren hergestellt worden ist: Der Hausmüll bzw. die hausmüllähnlichen Abfälle werden erforderlichenfalls zunächst vorbehandelt, insbesondere zerkleinert. Anschließend werden sie in geschlossenen Behältern unter Zwangsbelüftung kompostiert, wobei die organischen Bestandteile abgebaut werden. Nach einer bestimmten Zeit von beispielsweise sieben Tagen - nach dieser Zeit sind die biologisch leichter zersetzbaren Bestandteile typischerweise ganz oder zu einem wesentlichen Teil abgebaut - wird die Kompostierung durch Trocknung zum Stillstand gebracht. Das Material wird auf eine Restfeuchte von höchstens 15 % getrocknet. Es kann dann erforderlichenfalls noch nachbehandelt werden. Ein derartiges Material wird unter dem Namen Trockenstabilat ® in Verkehr gebracht.
Bei einem Pyrolyseverfahren, insbesondere auch bei dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9, ist es im allgemeinen erforderlich, aus dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor bzw. Wirbelschichtofen das Wärmeträgermedium, insbesondere heiße Asche, abzuziehen und einem oder mehreren Pyrolysereaktoren zuzuführen. Dabei ist zu berücksichtigen, daß weder Pyrolysegase aus den Pyrolysereaktoren in den Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor, Wirbelschichtofen) gelangen dürfen noch Rauchgase aus dem Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor, Wirbelschichtofen) in den Pyrolysereaktor gelangen dürfen.
Eine mechanische Förderung des Wärmeträgermediums bzw. der heißen Asche mit bewegten Maschinenteilen ist aufgrund der hohen Temperaturen bzw. Aschetemperaturen von 900 bis 950°C und des abrasiven Verhaltens des Wärmeträgermediums bzw. der Asche sowie wegen der damit verbundenen erheblichen Wärmeverluste nicht vorzuziehen.
Im Bereich der zirkulierenden Wirbelschichtfeuerungen ist es bekannt, einen sogenannten fluidisierten Siphon einzusetzen. Dieser beteht aus einem Fallrohr und einem Behälter mit Überlauf. Das heiße Wärmeträgermedium (beispielsweise Asche) wird im Fallrohr aufgefangen, bildet dort ein Wanderbett aus und rutscht in den Behälter. Mit Hilfe von Luft wird der Behälter über einen am Behälterboden befindlichen Düsenboden angeströmt, so daß eine Fluidisierung des aus dem Fallrohr nachrutschenden Wärmeträgermediums erreicht wird und das Wärmeträgermedium aus dem Überlauf des Behälters abgezogen werden kann. Durch den Druckverlust des Festbetts im Fallrohr wird die gewünschte Dichtungsfunktion erreicht. Durch die Fluidisierung des Siphons wird die Förderung des heißen Mediums in einen nachfolgenden Reaktor erreicht. Da bei Wirbelschichtfeuerungen oxidierende Betriebsbedingungen bestehen, bei denen ohnehin Luft zugegeben wird, stören die Luftbestandteile des Fluidisierungsmittels "Luft" den Prozeß nicht.
Bei der Anwendung des in der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9 beschriebenen Verfahrens ist der Einsatz von Luft als Fluidisierungsmittel für den Transport des Wärmeträgermediums bzw. der Asche in den Crackreaktor oder in den Pyrolysereaktor nachteilhaft, weil in diesem Fall einerseits Sauerstoff und andererseits Luftstickstoff in den Prozeß eingeschleust werden würden. Dies steht im Gegensatz zu dem Zweck des in der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9 beschriebenen Verfahrens, ein möglichst unverdünntes und möglichst heizwertreiches Synthesegas zu erzeugen. Der Einsatz von Luft und/oder von inerten Gasen als Fluidisierungsmittel ist unter diesen Umständen nicht sinnvoll. Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, vorzuschlagen, insbesondere ein verbessertes Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 454.9, sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Duchführung eines Verfahrens zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, vorzuschlagen, insbesondere eine verbesserte Vorrichtung nach der deutschen Patentanmeldung 100 33453.9.
Bei einem Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 18. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen beschrieben, ferner in der vollinhaltlich in Bezug genommenen, prioritätsälteren deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9.
Gemäß der Erfindung wird das Wärmeträgermedium mittels überhitztem Wasserdampf als Fluidisierungsmittel gefördert. Dies kann insbesondere durch einen fluidisierten Siphon erfolgen. Der Transport des Wärmeträgermediums bzw. der Asche vom Verbrennungsreaktor (Wirbelschichtreaktor, Wirbelschichtofen) zum Pyrolysereaktor (Schachtreaktor) erfolgt durch oder zumindest unter Mitwirkung von überhitztem Wasserdampf als Fluidisierungsmittel.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise wird der Wasserdampf mit Energie aus der Verbrennung des Pyrolysekokses erhitzt. Stattdessen oder zusätzlich kann der Wasserdampf mit Energie aus dem Rohgas (Pyrolysegas) erhitzt werden. Diese Energie kann dem heissen Rohgas entnommen werden, wodurch sich das Rohgas abkühlt. Sie kann stattdessen oder zusätzlich durch eine Unterfeuerung mit Rohgas erzeugt werden. Eine andere oder weitere Möglichkeit besteht darin, den Wasserdampf mit Energie aus den Rauchgasen zu erhitzen. Dementsprechend kann die Energie für das Fluidisierungsmittel durch verschiedene Möglichkeiten prozeßintern bereitgestellt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Wasserdampf für die Fluidisierung in dem Crackreaktor eingesetzt wird. Es ist also möglich, den überhitzten Wasserdampf zunächst als Fluidisierungsmittel einzusetzen und denselben Wasserdampf danach im Crackre- aktor/Pyrolysereaktorfür die Crackreaktionen einzusetzen.
Das Wärmeträgermedium wird vorzugsweise durch die Asche aus dem Verbrennungsreaktor gebildet. Es ist aber auch möglich, ein sonstiges Wärmeträgermaterial bzw. Wirbelbettmaterial zu verwenden. Der Wärmeträger bzw. das Wirbelbettmaterial kann Asche aus dem Verbrennungsreaktor enthalten oder ausschließlich oder praktisch ausschließlich aus dieser Asche bestehen.
Vorzugsweise wird die Asche aus dem Verbrennungsreaktor, insbesondere die Asche aus der Wirbelschicht, und/oder der Pyrolysekoks aus dem Pyrolysereaktor als Katalysator für das Rohgas verwendet. Hierdurch wird die katalytische Wirkung der Asche bzw. des Pyrolysekokses genutzt. Als Katalysator für das Rohgas kann die Asche und/oder der Pyrolysekoks allein oder mit einem oder mehreren weiteren Katalysatoren verwendet werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß aus den organischen Stoffen vor der Pyrolyse eine Feinfraktion abgetrennt, insbesondere abgesiebt wird. Die Feinfraktion kann auch auf andere Weise abgetrennt werden. Vorzugsweise wird die abgesiebte oder anderweitig abgetrennte Feinfraktion dem Verbrennungsreaktor zugeführt. Die Absiebung bzw. sonstige Abtrennung und/oder die Zuführung der Feinfraktion zum Verbrennungsreaktor sind insbesondere bei der Verarbeitung von Trockenstabilat ® von Vorteil. Da der Feinanteil des Trockensta- bilats ® einen erhöhten Anteil an Inertien (Asche) und Schadstoffen enthält, wird dieser vorzugsweise abgesiebt bzw. anderweitig abgetrennt. Er wird ferner vorzugsweise direkt zur weiteren Behandlung dem Wirbelschichtreaktor zugeführt. Damit kann der Vorteil erreicht werden, daß die Schadstoffracht des Inputmaterials (Trockenstabilat ®) über den Wirbelschichtreaktor direkt - also ohne den Umweg durch den Schachtreaktor und den Crackreaktor - zur Rauchgasreinigung geführt wird. Die Rauchgasreinigung wird nach den gültigen Umweltschutzvorschriften ausgeführt, in Deutschland zur Zeit nach der 17. Bundesimmissionsschutzverord- nung (BlmSchV). Sie verhindert, daß die Schadstofffracht in die Umwelt gelangt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich der Heizwert der Grobfraktion gegenüber dem ursprünglichen Material erhöht, da der Feinanteil des Trockenstabilats ® einen erhöhten Anteil an Inertien (Asche) enthält.
Durch die Reinigung bzw. katalytische Reinigung des Rohgases kann ein Synthesegas („Brenngas") erzeugt werden. Das Synthesegas wird vorzugsweise in einer Gasturbine oder in einer sonstigen Wärmekraftmaschine energetisch verwertet. Vorteilhaft ist es, wenn das Abgas aus der energetischen Verwertung bzw. der Gasturbine bzw. der sonstigen Wärmekraftmaschine dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor zugeführt wird. Dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor kann zusätzlich zu diesem Abgas noch Luft zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, den Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor nicht mit Luft, sondern ausschließlich mit dem Abgas der Gasturbine oder der sonstigen Wärmekraftmaschine zu betreiben. Dies ist möglich, da das Abgas der Gasturbine bzw. sonstigen Wärmekraftmaschine immer noch einen ausreichenden Sauerstoff- gehalt hat, der bei etwa 17 % liegen kann. Hierdurch ist eine besonders gute energetische Verwertung möglich.
Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird das Synthesegas zunächst gekühlt und/oder gereinigt, bevor es für die Brennkammer der Gasturbine oder sonstigen Wärmekraftmaschine verwendet wird. Die Kühlung und/oder Reinigung erfolgt vorzugsweise in einer Quenche. Vorzugsweise wird das Abwasser aus der Kühlung und/oder Reinigung eingedampft, vorzugsweise in einem Trockner. Der Rest aus der Eindampfung (der „eingedickte" Rest) wird vorzugsweise dem Verbrennungsreaktor zugeführt. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß durch die Reinigung bzw. katalytische Reinigung des Rohgases ein Synthesegas erzeugt wird. Vorzugsweise wird aus dem Synthesegas Wasserstoff abgetrennt. Das bei der Wasserstoffabtrennung verbleibende Schwachgas wird vorzugsweise dem Verbrennungsreaktor zugeführt. Es kann dort thermisch genutzt werden.
Vorteilhaft ist es, wenn der Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor zweistufig betrieben wird. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß am unteren Ende des Verbrennungsreaktors bzw. Wirbelschichtreaktors weniger Luft zugegeben wird als für eine stöchiometrische Verbrennung benötigt wird. Dadurch enthält die A- sche, die dem Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor zugeführt wird, noch Koks, der damit bereits im oberen Teil des Pyrolysereaktors (Schachtreaktors, Entgasers) katalytische Wirkung hat. Oberhalb der Ausförderung der Asche aus dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor wird weitere Luft zugegeben, um eine vollständige Verbrennung zu erreichen und das Abgas - gereinigt - in die Umgebung abgeben zu können.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone des Pyrolysereaktors bzw. Schachtreaktors als Crackreaktor verwendet wird. Dies kann in der Weise geschehen, daß der Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor und der Crackreaktor als ein Bauteil „Pyrolyse-Crack-Reaktor" ausgeführt werden, so daß eine Zone des Pyrolysereaktors als Katalysator verwendet wird (Fig. 6). Es kann ferner in der Weise geschehen, daß sich der Crackreaktor oberhalb des Pyrolysereaktors bzw. Schachtreaktors befindet bzw. daß sich der Crackreaktor im oberen Bereich des Pyrolysereaktors bzw. Schachtreaktors befindet (Fig. 10).
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß das im Crackreaktor gereinigte Rohgas in einem weiteren Reaktor mit einer Katalysator- schüttung weiter gereinigt wird (Fig. 7) oder daß der Crackreaktor als Reaktor mit einer Katalysatorschüttung ausgebildet ist. Die Katalysatorschüttung in dem weiteren Reaktor kann aus einer oder mehreren Metallverbindungen bestehen (permanenter Katalysator). Nachdem das Gas den Crackreaktor verlassen hat, wird es - lo ¬
dern weiteren Reaktor zugeführt. Der Crackreaktor fungiert in diesem Fall als VorKatalysator. Der Crackreaktor ist dann allerdings nicht unbedingt erforderlich. Es ist auch möglich, auf den Crackreaktor zu verzichten, so daß der weitere Reaktor mit der Katalysatorschüttung in diesem Fall als eigentlicher Crackreaktor für die katalytische Reinigung des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases fungieren kann.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das im Crackreaktor gereinigte Rohgas in einem weiteren Reaktor mit einer Katalysatorschüttung weiter gereinigt wird, wenn also neben dem ersten weiteren Reaktor mit einer Katalysatorschüttung ein zweiter weiterer Katalysator mit einer Katalysatorschüttung vorhanden ist. Hierbei ist es von besonderem Vorteil, wenn der erste und der zweite weitere Reaktor abwechselnd aktiviert sind. Der erste und der zweite weitere Reaktor werden also derart betrieben, daß sie abwechselnd aktiv sind. Hierdurch wird eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ermöglicht, die darin besteht, daß der erste und der zweite weitere Reaktor abwechselnd regeneriert werden können, nämlich jeweils dann, wenn der jeweils andere weitere Reaktor aktiviert ist. Die Regenerierung erfolgt vorzugsweise durch heißes Abgas aus dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor. Auch bei der Verwendung eines ersten weiteren Reaktors und eines zweiten weiteren Reaktors kann auf den Crackreaktor verzichtet werden. Der erste und der zweite weitere Reaktor dienen dann als eigentliche Crackreaktoren zum katalyti- schen Reinigen des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium zugegeben wird bzw. daß der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium wirksam wird. Wie bereits beschrieben, kann der Pyrolysekoks aus dem Pyrolysereaktor als Katalysator für das Rohgas verwendet werden. Hierdurch wird die katalytische Wirkung des im Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor entstehenden Pyrolysekokses genutzt. Um dies zu erreichen, wird der Crackreaktor in den Feststoffstrom vom Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor in den Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor integriert. Bei Berücksichtigung des Temperaturniveaus wäre allerdings eine Gasbehandlung, also eine katalytische Reinigung des Rohgases, in demjenigen Bereich des Pyroly- sereaktors bzw. Schachtreaktors wünschenswert, in dem die Asche aus dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor zugeführt wird, da dort die Asche (Wärmeträgermedium, Wirbelbettmaterial) das höchste Temperaturniveau hat.
Um dies zu erreichen, wird das Verfahren vorzugsweise derart geführt, daß der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium (Asche) zugegeben wird bzw. daß der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium (Asche) wirksam wird. Beispielsweise kann der Katalysator im oberen Bereich des Pyrolysereaktors bzw. Schachtreaktors zugegeben werden. Dies kann zusammen mit der Asche erfolgen. Der Katalysator kann allerdings auch anderweitig zugegeben werden. Ferner kann der Katalysator in einem Crackreaktor vorhanden sein, dem die Asche zugeführt wird.
Es ist möglich, einen permanenten Katalysator, beispielsweise Metalloxid, zu verwenden. Bei Einsatz eines permanenten Katalysators ergibt sich ein Kreislauf durch den Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor, wobei in der Feuerung die thermische Abreinigung des Katalysators stattfindet. Es kann allerdings auch ein verlorener Katalysator, beispielsweise Koks oder Kohle, verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, die insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, umfaßt einen Pyrolysereaktor, vorzugsweise einen Schachtreaktor, dem die organischen Stoffe bzw. das Stoffgemisch, das organische Bestandteile enthält, vorzugsweise Trockenstabilat ® und ein Wärmeträgermedium zuführbar sind, einen Verbrennungsreaktor, vorzugsweise einen Wirbelschichtreaktor, zum Verbrennen des Pyrolysekokses aus dem Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor und zum Erzeugen des Wärmeträgermediums, wobei als Wärmeträgermedium vorzugsweise die Asche aus dem Verbrennungsreaktor verwendet wird, und einen Crackreaktor zum Reinigen bzw. Cracken des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases bzw. dessen kondensierbarer Bestandteile, in dem vorzugsweise ein Katalysator vorgesehen ist. Gemäß der Erfindung ist ein fluidisierter Siphon vorgesehen, dem überhitzter Wasserdampf als Fluidisierungsmittel zuführbar ist. Der fluidisierte Siphon kann aus einem Fallrohr und einem Behälter mit Überlauf bestehen. In diesem Fall wird das Wärmeträgermedium bzw. die heiße Asche im Fallrohr aufgefangen. Sie bildet dort ein Wanderbett aus und rutscht in den Behälter. Der Behälter kann über einen am Behälterboden befindlichen Düsenboden mit überhitztem Wasserdampf angeströmt werden, so daß eine Fluidisierung der aus dem Fallrohr nachrutschenden Asche erreicht wird und die Asche aus dem Überlauf des Behälters abgezogen werden kann. Durch den Druckverlust des Wanderbetts im Fallrohr wird die gewünschte Dichtungsfunktion erreicht, also die Abdichtung gegenüber Gasen (Pyrolysegase aus dem oder den Pyrolysereaktoren, die nicht in den Wirbelschichtofen gelangen dürfen, und Rauchgase aus dem Wirbelschichtofen, die nicht in den Pyrolysereaktor gelangen dürfen). Durch die Fluidisierung des Siphons wird die Förderung des heißen Mediums (Wärmeträgermedium, heiße Asche) in einen nachfolgenden Reaktor (Pyrolysereaktor/Crackreaktor) erreicht. Ein kleiner Teil des Wasserdampfs kann durch das Wanderbett in den Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtofen dringen und somit als Sperrgas wirken.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise umfaßt der fluidisierte Siphon ein Fallrohr.
In dem Fallrohr kann ein Wanderbett vorgesehen sein. Das Fallrohr ist vorzugsweise derart ausgestaltet, daß darin ein Wanderbett ausbildbar ist. Vorzugsweise werden Auslegungsparameter und/oder Betriebsparameter derart beeinflußt, daß sich in dem Fallrohr ein Wanderbett ausbildet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr bzw. das Wanderbett von Wasserdampf durchströmbar ist. Der Wasserdampf kann als Sperrgas wirken. Die Auslegungsparameter und/oder Betriebsparameter werden vorzugsweise derart beeinflußt, daß das Fallrohr bzw. das Wanderbett von Wasserdampf als Sperrgas durchströmt wird. Durch die Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, durch die aus einem Brennstoff mit einem bestimmten Aschegehalt und hohem flüchtigen Gehalt ein Reingas erzeugt werden kann, das sowohl zur Verwendung in Gasturbinenprozessen und Verbrennungsmotoren als auch zur stofflichen Verwertung geeignet ist, daß also sehr hochwertig ist. Dabei wird die Zielsetzung erreicht, daß kein technischer Sauerstoff verwendet werden muß und daß das Pyrolysegas nicht mit inerten Gasen in Kontakt kommt. Die Erfindung ist insbesondere für die Verarbeitung von Trockenstabilat ® geeignet. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß der Feinanteil des Trockenstabilats ® einerseits überdurchschnittlich viele Schadstoffe und andererseits einen hohen Inertanteil (ca. 50 Gew.-%) enthält, der Beitrag des Feinanteils zu einem hochwertigen Gas also gering und die negativen Auswirkungen auf den Aufwand der Pyrolysegas-Reinigung verhältnismäßig hoch sind. Der Wärmeträger wird aus dem Pyrolysekoks auf dem Wege der Verbrennung erzeugt. Dabei durchläuft das gesamte Einsatzmaterial (organische Stoffe, insbesondere Trockenstabilat ® ) mit dem Feinanteil die Pyrolyse und belastet die Gasreinigung. Vorzugsweise wird der Feinanteil direkt der Verbrennung zugeführt; in dem Verbrennungsreaktor wird der Wärmeträger aus diesem Feinanteil und dem Pyrolysekoks erzeugt. Die flüchtigen Schadstoffe des Feinanteils können dadurch in der Verbrennung ausgeschleust und in der Rauchgasreinigung abgeschieden werden. Dadurch wird ausgeschlossen, daß Schadstoffe aus dem Feinanteil in das Pyrolysegas gelangen und die Gasreinigung unnötig aufwendig und teuer werden lassen.
Das bei der Durchführung der Erfindung entstehende Pyrolysegas bzw. Synthesegas kann zur stofflichen und energetischen Verwendung eingesetzt werden, insbesondere zur Stromerzeugung, zur Wärmeerzeugung, zur Erzeugung von Methanol oder zur Erzeugung von Wasserstoff. Es ist möglich, ein wasserstoffreiches Gas zu erzeugen. Die Erfindung kann zur Stromerzeugung genutzt werden, insbesondere in einer Gasturbine. Das Gasturbinenabgas kann als Verbrennungs- und Fluidisie- rungsluft in der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors verwendet werden. Die Anlage muß dann allerdings unter Druck betrieben werden oder es ist ein Brenn- gasverdichter vorzusehen. Die Feuerung in dem Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtreaktor liefert Wärme für den Pyrolysereaktor. Durch die Wirbelschicht wird ferner prozeßintem das Wärmeträgermedium, nämlich Asche, erzeugt. Sofern Koks bzw. Pyrolysekoks als Katalysatormaterial eingesetzt wird, kann dieser ebenfalls prozeßintern durch gestufte Luftzuführung in der Wirbelschicht erzeugt werden. Eine Verfahrensführung mit unterstöchiometrischer Verbrennung ist möglich. Es ist ferner möglich, die Nachbehandlung der Pyrolysegase direkt im Entgaser (Pyrolysereaktor) vorzunehmen; das Entgasen und das Cracken können also in einem Reaktor erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig 1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, in einer schematischen Darstellung,
Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 , wobei der Schachtreaktor und der Crackreaktor als ein Bauteil "Pyrolyse-Crack-Reaktor" ausgeführt sind,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, bei der der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium zugegeben wird bzw. wirksam wird und
Fig. 4 einen fluidisierten Siphon, dem überhitzter Wasserdampf als Fluidisierungsmittel zuführbar ist, in einer schematischen Darstellung.
Die in Fig. 1 gezeigte Grundkonfiguration zur Durchführung des Grundprozesses besteht aus einem Schachtreaktor 1 , einem Wirbelschichtreaktor 2 und einem Crackreaktor 3. Dem Schachtreaktor 1 werden die organischen Stoffe, vorzugsweise Trockenstabilat ® 4, und das Wärmeträgermedium, vorzugsweise Asche 5, aus dem Wirbelschichtreaktor 2 zugeführt. Das in den Schachtreaktor 1 eingebrachte Trockenstabilat 4 wird dort mit der heißen Asche 5 aus dem Wirbelschichtreaktor 2 vermischt. Das Trockenstabilat erhitzt sich und entgast (pyrolysiert). Es entsteht ein Gas, nämlich das Rohgas 6, sowie ein Feststoff 7, nämlich Pyrolysekoks und A- sche. Das Rohgas 6 verläßt den Schachtreaktor 1 am oberen Ende, der Feststoff 7 verläßt den Schachtreaktor 1 am unteren Ende. Rohgas 6 und Feststoff 7 werden dem Crackreaktor 3 zugeführt. Da der Feststoff 7, nämlich der darin enthaltene Pyrolysekoks, als Katalysator für die Gasreinigung wirkt, wird das Rohgas 6 im Crackreaktor 3 durch den heißen Feststoff geleitet. Ferner wird hier Wasserdampf 8 zugegeben. Als Ergebnis wird ein katalytisch gereinigtes Gas 9 (Synthesegas, Brenngas) erhalten. Der Feststoff 10 aus dem Crackreaktor 3 (Pyrolysekoks und Asche) wird in den Wirbelschichtreaktor 2 eingebracht und dort mit Luft 11 verbrannt. Das Abgas 12 aus der Wirbelschicht des Wirbelschichtreaktors 2 wird gereinigt. Aus dem Wirbelschichtreaktor 2 kann ferner noch nicht benötigte Asche 13 abgezogen werden.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform werden der Schachtreaktor und der Crackreaktor als ein Bauteil ausgeführt, nämlich als Pyrolyse-Crack-Reaktor 30. Dabei wird eine Zone, nämlich die untere Zone, des Pyrolysereaktors 1 als Katalysator verwendet.
Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen wird die katalytische Wirkung des im Schachtreaktor 1 entstehenden Pyrolysekokses genutzt. Bei diesen Ausführungsformen ist der Crackreaktor 3 in den Feststoffstrom vom Schachtreaktor 1 in den Wirbelschichtreaktor 2 integriert. Bei Berücksichtigung des Temperaturniveaus wäre allerdings eine Gasbehandlung in demjenigen Bereich des Schachtreaktors 1 wünschenswert, in dem die Asche 5 aus dem Wirbelschichtreaktor 2 zugeführt wird, da dort der Feststoff (die Asche) das höchste Temperaturniveau hat.
Um dies zu realisieren kann die Verfahrensführung nach Fig. 3 vorgesehen werden. Hier wird ein Katalysator 40 im oberen Bereich des Schachtreaktors 1 zugegeben. Der Schachtreaktor und der Crackreaktor sind auch hier als ein Bauteil ausgeführt, nämlich als Pyrolyse-Crack-Reaktor 30'. Die Zugabe des Katalysators 40 im oberen Bereich des Schachtreaktors 1 muß allerdings nicht zwangsläufig mit der Asche 5 aus dem Wirbelschichtreaktor 2 erfolgen. Der Katalysator kann auch auf andere Weise zugegeben werden. Femer kann der Katalysator in dem oberen Bereich des Schachtreaktors 1 vorhanden sein, also in dem mit 41 bezeichneten Bereich des Pyrolyse-Crack-Reaktors 30'. Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 kann ein permanenter Katalysator wie beispielsweise Metalloxid verwendet werden. Es kann allerdings auch ein verlorener Katalysator wie beispielsweise Koks oder Kohle verwendet werden. Bei Einsatz eines permanenten Katalysators ergibt sich ein Kreislauf durch den Wirbelschichtreaktor 2, wobei in der Feuerung des Wirbelschichtreaktors 2 die thermische Abreinigung des Katalysators stattfindet. Der Crackreaktor wird automatisch in den Schachtreaktor 1 integriert, so daß dieser zum Pyrolyse- Crack-Reaktor 30' wird.
Die Figur 4 zeigt einen bei den Ausführungsformen gemäß Figuren 1 bis 3 anwendbaren Anlagenteil, durch den heiße Asche oder ein sonstiges Wirbelbettmaterial aus dem Wirbelschichtreaktor bzw. Wirbelschichtofen 2 zum Pyrolysereaktor bzw. Schachtreaktor 1 bzw. zum Pyrolyse-Crack-Reaktor 30 bzw. 30' gefördert werden kann. In dem Wirbelschichtofen 2 befindet sich ein Wirbelbett 41', welches aus Wirbelbettmaterial besteht, nämlich heißer Asche. Der Boden des Wirbelschichtofens 2 ist als Düsenboden 42 ausgebildet, durch den dem Wirbelschichtofen 2 Fluidisierungsluft 43 zugeführt wird.
Die heiße Asche aus dem Wirbelbett 41' wird einem Crack- Reaktor/Pyrolysereaktor/Schachtreaktor/Pyrolyse-Crack-Reaktor 1 , 3, 30, 31 , 30', 41 ' zugeführt, die in der Fig. 4 nicht dargestellt sind und die in Materialflußrichtung hinter dem Pfeil 44 liegen.
Der in der Fig. 4 dargestellte fluidisierte Siphon 45 umfaßt ein Fallrohr 46, das auch als Fallschacht ausgebildet sein kann, und einen Behälter 47 mit Überlauf. Die heiße Asche aus dem Wirbelbett 41' gelangt durch den in dem Wirbelschichtofen 2 ausgebildeten Ascheüberlauf 48 in das Fallrohr 46, wo sie aufgefangen wird. Diese heiße Asche bildet in dem Fallrohr 46 ein Wanderbett aus und rutscht in den Behälter 47. Der Boden des Behälters 47 ist als Düsenboden 49 ausgebildet, durch den dem Behälter 47 überhitzter Wasserdampf 50 zugeführt wird.
Mit Hilfe des überhitzten Wasserdampfs 50 wird der Behälter 47 über den am Behälterboden befindlichen Düsenboden 49 angeströmt, so daß eine Fluidisierung der aus dem Fallrohr 46 nachrutschenden Asche erreicht wird und die Asche aus dem Überlauf des Behälters 47 in das weitere Fallrohr 51 abgezogen werden kann. Sie wird von dem weiteren Fallrohr 51 in Richtung des Pfeils 44 zu dem Schachtreaktor 1 /Pyrolyse-Crack-Reaktor 30/Pyrolyse-Crack-Reaktor 30' geführt.
Durch den Druckverlust des Festbetts im Fallrohr 46 wird die gewünschte Dichtungsfunktion erreicht. Der fluidisierte Siphon gemäß Fig. 4 erfüllt die Funktionen der Förderung eines Feststoffs und der Abdichtung gegenüber Gasen. Durch die Fluidisierung des Siphons wird die Förderung des heißen Mediums in einen nachfolgenden Reaktor 1 , 30, 30' erreicht.
Das Fallrohr 46 ermöglicht in Verbindung mit dem fluidisierten Siphon 45 einen Trennung von oxidierender Atmosphäre im Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtofen und reduzierender Atmosphäre im Crackreaktor und im Pyrolysereaktor. Ein definierter, sehr kleiner Dampfstrom dringt durch das Wanderbett im Fallrohr 46 in den Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtofen und wirkt somit als Sperrgas. Dieser Sperrdampfstrom kann gezielt eingestellt werden, indem permanent ein Druckabfall über das Wanderbett im Fallrohr 46 eingestellt wird. Dieser Druckabfall kann durch die Höhe des Wanderbetts (Auslegungsparameter) und durch den Dampf-Vordruck und den Unterdruck im Verbrennungsreaktor bzw. Wirbelschichtofen (Betriebsparameter) beeinflußt werden. Eine Beeinflußung durch andere und/oder weitere Auslegungsparameter und/oder Betriebsparameter ist möglich. Der Hauptstrom des Wasserdampfs gelangt entweder zusammen mit der Asche oder zusätzlich über einen Bypass in den Crackreaktor und sperrt somit den Siphon gegen Rohgas aus dem Crackreaktor. Bei dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 453. 9 kann im Pyrolysereaktor zur Durchführung der erwünschten Crackreaktionen überhitzter Wasserdampf mit 1 ,0 bis 1 ,5 bar Vordruck und rund 800°C bis 850°C zur Anwendung kommen. Somit ist es möglich, den überhitzten Wasserdampf 50 zunächst als Fluidisierungsmittel einzusetzen und denselben Dampf danach im Crackreak- tor/Pyrolysereaktor 1 , 3, 30, 31 , 30', 41 für die Crackreaktionen einzusetzen. Die Menge des überhitzten Wasserdampfs aus der Fluidisierung des Siphons ist dabei mit rund 0,07 bis 0,12 kg Dampf pro kg Trockenstabilat® wesentlich geringer als die insgesamt benötigte Dampfmenge von rund 0,3 kg Dampf pro kg Trockenstabilat ® und deshalb in keiner Weise schädlich für den Prozeß sondern sogar vorteilhaft.
Die Energie für die Bereitstellung des Dampfes bei 1 ,5 bar und 800 bis 850°C kann aus der Abkühlung der Rauchgase aus der Verbrennung des Pyrolysekokses gewonnen werden. Somit kann die Energie für die Bereitstellung des Fluidisierungs- mittels prozeßintern erzeugt bzw. verwendet werden.
Überraschend hat sich gezeigt, daß der als Fluidisierungsmittel zugemischte überhitzte Wasserdampf nicht zu einer Heizwertminderung des im weiteren Prozeßverlauf damit vermischten Synthesegases führt. Im Zusammenhang mit dem Verfahren nach der deutschen Patentanmeldung 100 33 453.9 ist dieser besondere Vorteil erreichbar, weil durch die Zufuhr von überhitztem Wasserdampf längerkettige Kohlenwasserstoffe im Pyrolysegas gecrackt werden und somit der Heizwert des Synthesegases erhöht wird. Die gewünschten Crackreaktionen sind somit eine Besonderheit, die es besonders sinnvoll macht, überhitzten Wasserdampf als Fluidisierungsmittel zu verwenden, ohne daß eine Verschlechterung des Synthesegases erfolgt und ohne daß der Wasserdampf bei der Abkühlung des Synthesegases als zusätzliches Kondensat anfällt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten,
bei dem die organischen Stoffe (4) bzw. das Stoffgemisch, das organische Bestandteile enthält, in einem Pyrolysereaktor (1 ) mit einem Wärmeträgermedium in Kontakt gebracht und pyrolysiert werden,
bei dem der durch die Pyrolyse entstehende Pyrolysekoks (7) in einem Verbrennungsreaktor (2) unter Luftzufuhr (11 ) verbrannt wird,
und bei dem die kondensierbaren Bestandteile des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases (6) in einem Crackreaktor (3) gecrackt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Wärmeträgermedium mittels überhitztem Wasserdampf (50) als Fluidisierungsmittel gefördert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf (50) mit Energie aus der Verbrennung des Pyrolysekokses und/oder mit Energie aus dem Rohgas (6) erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf (50) mit Energie aus den Rauchgasen erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampf (50) für die Fluidisierung in dem Crackreaktor (1 , 3, 30, 31 , 30', 41 ) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermedium aus der Asche (5) des Verbrennungsreaktors (2) besteht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Crackreaktor (3) ein Katalysator vorgesehen ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Crackung unter Zugabe von Wasserdampf (8) durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysekoks (7) aus dem Pyrolysereaktor (1 ) und/oder die Asche aus dem Verbrennungsreaktor (2) als Katalysator für das Rohgas (6) verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den organischen Stoffen (4) vor der Pyrolyse eine Feinfraktion abgetrennt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Reinigung des Rohgases ein Synthesegas erzeugt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Synthesegas Wasserstoff abgetrennt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone des Pyrolysereaktors (1 ) als Crackreaktor verwendet wird (Fig. 2; Fig. 3).
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusammen mit dem Wärmeträgermedium zugegeben wird bzw. wirksam wird (Fig. 3).
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (40) dem Wärmeträgermedium (5) zugegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein permanenter Katalysator verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein verlorener Katalysator verwendet wird.
17. Vorrichtung zur Pyrolyse und Vergasung von Stoffgemischen, die organische Bestandteile enthalten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 16
mit einem Pyrolysereaktor (1 ), vorzugsweise einem Schachtreaktor, dem die organischen Stoffe (4) bzw. das Stoffgemisch, das organische Bestandteile enthält, und ein Wärmeträgermedium (5) zuführbar sind,
einem Verbrennungsreaktor (2), vorzugsweise einem Wirbelschichtreaktor, zum Verbrennen des Pyrolysekokses (7) aus dem Pyrolysereaktor (1 ) und zum Erzeugen des Wärmeträgermediums (5) für den Pyrolysereaktor (1 )
und einem Crackreaktor (3) zum Cracken der kondensierbaren Bestandteile des durch die Pyrolyse erzeugten Rohgases (6), gekennzeichnet durch
einen fluidisierten Siphon (45), dem überhitzter Wasserdampf (50) als Fluidisierungsmittel zuführbar ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der fluidisierte Siphon (45) ein Fallrohr (46) umfaßt.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fallrohr (46) ein Wanderbett vorgesehen bzw. ausbildbar ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Fallrohr (46) bzw. das Wanderbett von Wasserdampf durchströmbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Crackreaktor (3) ein Katalysator vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , gekennzeichnet durch eine Quenche zum Kühlen und/oder Reinigen des Synthesegases (9).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Trockner zum Kühlen und/oder Reinigen des Abwassers aus der Quenche.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, gekennzeichnet durch eine Wasserstoffabtrennung zum Abtrennen von Wasserstoff aus dem Synthesegas aus dem Crackreaktor (3).
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Pyrolysereaktor (1) bzw. Schachtreaktor und der Crackreaktor (3) als ein Bauteil ausgeführt sind, vorzugsweise als Pyrolyse-Crack-Reaktor (30, 30').
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, gekennzeichnet durch einen weiteren Reaktor mit einer Katalysatorschüttung.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, gekennzeichnet durch einen zweiten weiteren Reaktor mit einer Katalysatorschüttung.
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