EP1583811B1 - Schacht-schmelz-vergaser und ein verfahren zur thermischen behandlung und verwertung von abfallstoffen - Google Patents

Schacht-schmelz-vergaser und ein verfahren zur thermischen behandlung und verwertung von abfallstoffen Download PDF

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EP1583811B1
EP1583811B1 EP01921139A EP01921139A EP1583811B1 EP 1583811 B1 EP1583811 B1 EP 1583811B1 EP 01921139 A EP01921139 A EP 01921139A EP 01921139 A EP01921139 A EP 01921139A EP 1583811 B1 EP1583811 B1 EP 1583811B1
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EP
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shaft
melt gasifier
waste
shaft part
furnace
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EP01921139A
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EP1583811A1 (de
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Hans Ulrich Feustel
Joachim Mallon
Michael Schaaf
Klaus Scheidig
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Smile Beteiligungs GmbH
Original Assignee
Smile Beteiligungs GmbH
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10J—PRODUCTION OF PRODUCER GAS, WATER-GAS, SYNTHESIS GAS FROM SOLID CARBONACEOUS MATERIAL, OR MIXTURES CONTAINING THESE GASES; CARBURETTING AIR OR OTHER GASES
    • C10J3/00—Production of combustible gases containing carbon monoxide from solid carbonaceous fuels
    • C10J3/02—Fixed-bed gasification of lump fuel
    • C10J3/20—Apparatus; Plants
    • C10J3/22—Arrangements or dispositions of valves or flues
    • C10J3/24—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0913—Carbonaceous raw material
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    • C10J2300/09—Details of the feed, e.g. feeding of spent catalyst, inert gas or halogens
    • C10J2300/0953—Gasifying agents
    • C10J2300/0959—Oxygen

Definitions

  • the invention relates to a shaft melt carburetor and a method for the thermal treatment and recovery of waste of different types, consistency and composition.
  • the OxiCup developed by the company Küttner in Essen is a hot-air cupola furnace with increased oxygen input, which processes organic materials.
  • the environmental compatibility of the process is ensured by a special exhaust gas purification technology, as in Michael Lemperle, "The application of cupola furnaces in foundries and steel plants", reprinted from CPT. Vol 14 NO. 2/1998, pp. 4-11, Giesserei-Verlag GmbH, Dusseldorf described s.
  • the disadvantage here is that only limited amounts of organic waste / residues can be processed.
  • an additional gas vent is arranged and in the upper suction and Gas- calming chamber, a pipe socket for a show hole or for the installation of an auxiliary burner is attached.
  • the lower suction and gas calming ring chamber is directly connected to a solids feed sluice, and provided with an excess gas suction nozzle and one or more water supply means.
  • the local constriction of the furnace shaft above the excess gas discharge level in the region of the oxygen nozzles enables the formation of a second, thermo-chemically active zone characterized by controllable oxygen supply and a longer residence time of the feedstocks, thereby providing controlled completion of all material-specific entraining and degassing processes of the feedstocks the other Falling of the bed can be realized.
  • DE 40 30 554 AI discloses a method and apparatus for thermal treatment of waste in a reaction vessel.
  • the reaction vessel should eliminate all dusty, lumpy, solid, doughy, pasty and / or liquid waste by burning, gasification and melting environmentally neutral.
  • the process should also be able to work effectively depending on the material and the reaction conditions up to 10 bar pressure.
  • the reaction vessel process stages of thermal waste treatment such as a pyrolysis device or a sludge drying are assigned. Fundamental to the process is that in the upper and lower furnace divided aggregate in the upper furnace at least one combustion and melting zone produced by combustion of carbonaceous materials with an oxidizing agent and calcium-containing material is added in excess.
  • the object of the present invention is to provide a low investment and safety effort feasible shaft melt carburetor under atmospheric pressure and a method of carrying out for a thermal treatment and recovery of waste of different types, consistency and composition available, which is not has the disadvantages of the prior art.
  • the resulting raw gas is independent from the amount of waste material and composition free of organic pollutants, without organic pyrolysis oils and / or tar compounds.
  • the object is further developed by the method mentioned by the features of independent claim 1 and the shaft-melt carburetor by the features of claim 7.
  • An object of the present invention has accordingly been a shaft melt carburetor which is characterized in that on a base plate forming a hearth part with tapping and directly thereafter several differently shaped cylindrical shaft parts are arranged, wherein the conical shaft part protrudes into the shaft-extending shaft part and thus forms a bulk-free room with suction devices.
  • the conical shaft part protrudes into the shaft-extending shaft part and thus forms a bulk-free room with suction devices.
  • the shaft section above the hearth each have a plurality of circumferentially distributed injectors are arranged.
  • the suction devices (10) are designed as quenches, steam boilers, spray absorbers or hot filters.
  • the conical shaft part (7) is designed to be double-walled for heating. This heating can optionally with hot wind or other heat transfer such. done with thermal oil.
  • the base plate (1) and the shaft parts (2, 6) are delivered with a refractory material (15) inside the furnace.
  • refractory materials is understood to mean fired or unfired, less frequently cast, or unshaped products such as, mortars, putties, rams, flint mortars or gunts from the Group 1 or 2 high-tonnage products, chamotte products, acid chamotte products, clay liners , Silca products, magnesite chromite, chromite forsterite or the like.
  • the resulting crude gas consists of the gaseous reaction products CO, CO 2 , H 2 , H 2 O and, depending on the analysis of the waste materials used, trace components such as CS 2 , COS, SO 2 , NO x, H 2 S and HCl ,
  • the combustion air is introduced in place of the oxygen, or combustion air and oxygen in the mixture.
  • the gas produced in the reduction / cracking (Z) at a temperature of at least 800 ° C is sucked from the bed with simultaneous shock cooling and fed into a gas industry for further treatment.
  • the invention is intended to an embodiment according to the FIG. 1 be explained in more detail.
  • the schematic diagram shows a coke-heated shaft melt carburetor. It is shown that on a base plate 1, a hearth-forming shaft part 2 is placed with tapping devices 3 for slag and iron, directly followed by several differently shaped cylindrical shaft parts 4; 5; 6; 7 and 8 are arranged, wherein the conical shaft part 6 projects into the shaft-expanding shaft part 4 and thus forms a flow-free space 11 with suction devices 10 located therein, in the shaft part 4 above the hearth 2 and in the shaft part 6 above the chess part 4 in each case several around the circumference distributed injectors 9, 14 are arranged.
  • waste materials according to the invention of different nature, consistency and composition are those from the group of contaminated waste wood, used tires, industrial / commercial waste, domestic and bulky waste or similar.
  • the base plate 1 and the shaft parts 2; 6 are provided with a refractory material 15, a fill level indicator 16 is arranged on the conical shaft part 8, which has a water cooling 12 projecting into the bulk-free space 11 piece of the shaft portion 12 and the conical shaft portion 7 for heating with hot wind or other heat transfer such as thermal oil, double-walled is.
  • the adjacent bed of fill can be heated to temperatures of up to 300 °, as a result of which the condensation point of the pyrolysis oils and of the tar products shifts into the core of the bed.
  • the shaft melt carburetor sized for about 1 t / h throughput, filled with filling coke to about 500 mm above the injectors 14 before the start of the process.
  • the feed is set, which consists of the aggregates 0.04 t / h coke and 0.04 t / h lime and 1 t / h waste wood with metal components, railway sleepers and chipboard is, by means of the delivery device 18 through the shaft parts 8: 7 directly to the high temperature zone H.
  • the shaft-melt carburetor is filled to the level indicator 16 and the injectors 9; 14 and used as suction quench, steam boiler or spray absorber 10 are put into operation.
  • the oxygen introduced by the injectors 9 is considered to be important A prerequisite for the entire process of melt gasification
  • the energy demand of the system can be ensured in such a way that the flowability of metal and slag is ensured with normal use of coke and the pyrolysis coke bed temperatures required for pyrolysis and reduction work are maintained become. This creates the conditions for complete thermal decomposition of both the charged and gaseous organic pollutants that are newly formed during the process.
  • the crude gas is composed of the gaseous reaction products formed in zones H and Z. At the same time, it is sucked off laterally between the high-temperature zone H and the reduction / crack zone Z in counterflow, in the direct current and transversely to the flow directions of the furnace gases.
  • the quenches or spray absorbers 10 promote about 1600 Nm 3 / h of crude gas containing 334 1 / h of water, which is condensed out.
  • This fuel gas can be used for example by a combined heat and power plant.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Schacht-Schmelz-Vergaser und ein Verfahren zur thermischen Behandlung und Verwertung von Abfällen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung.
  • Bekannt ist es, dass die mit konventioneller Schachtofentechnik wie beispielsweise dem Hochofen und dem Kupolofen, thermisch zu behandelnden Abfallstoffe in der Regel äußerst inhomogene Materialmischungen darstellen. Als Schüttung im Ofenschacht weisen sie sowohl hohe Strömungswiderstände als auch in der Regel eine ausgeprägte Wand und Randgängigkeit auf. Die umweltverträgliche Verwertung von organischen Abfall-/Reststoffen ist bei dieser Anlagentechnik auf das Einblasen bzw. Einsaugen in die Hochtemperaturzone und damit auf den Einsatz von gasförmigen, flüssigen oder feinkörnigen festen Stoffen beschränkt. Das Chargieren über die Gicht, d.h. die bei der Gusseisen- oder Roheisenerzeugung übliche Stoffzufuhr in den Ofenschacht von oben, scheidet für organische Abfallstoffe normalerweise aus. Die Abfallstoffe unterliegen dann einer üblichen Pyrolyse und reichern das Gichtgas mit Pyrolyseprodukten an.
  • Aus dem Stand der Technik sind das OxiCup-Verfahren und das- KSK-Verfahren bekannt, die dieses Problem gelöst haben. Mit beiden Verfahren kann ein Rohgas mit hohen CO- und H2-Gehalten erzeugt werden, das praktisch frei von organischen Schadstoffen ist.
  • Bei dem von der Firma Küttner in Essen entwickelten OxiCup handelt es sich um einen Heisswind-Kupolofen mit erhöhtem Sauerstoffeinsatz, der organische Materialien verarbeitet. Die Umweltverträglichkeit des Verfahrens wird hierbei durch eine spezielle Abgasreinigungstechnik sichergestellt, wie in Michael Lemperle, "The application of cupola furnaces in foundnes and steel plants", Sonderdruck aus CPT. Vol 14 NO. 2/1998, S. 4 - 11, Giesserei-Verlag GmbH, Düsseldorf beschrieben. Nachteilig ist hierbei, dass lediglich begrenzte Mengen organischer Abfall-/Reststoffe verarbeitet werden können.
  • Der unbegrenzte Einsatz organischer Abfallstoffe soll hingegen mit dem KSK-Verfahren, einem Kreislaufgas-Prinzip und entsprechender Anlagentechnik möglich sein. Die Umweltverträglichkeit des Verfahrens wird durch eine externe Rückführung des gesamten Gichtgases in die Hochtemperaturzone gewährleistet. Das Rohgas wird dabei aus der Zone im unteren Schachtbereich abgesaugt, in der die pyrolytische Zersetzung der organischen Bestandteile der Einsatzmaterialien beendet ist.
  • Aus der DE 196 40 497 C2 ist beispielsweise ein koksbeheizter Kreislaufgaskupolofen zur stofflichen und/oder energetischen Verwertung von Abfallmaterialien offenbart, bei dem der vom Beschichtungstrichter bis zum Herd konisch erweiterte und aus konisch erweitert und/oder zylindrischen Ofenschüssen bestehende Ofenschacht im Bereich der Kreislaufgas- und Überschussgasabsaugebene je eine großvolumige Absaug- und Gasberuhigungsringkammer hat, die durch ein Ofenschachtteil mit querschnittsverjüngender Einengung und mit einer darin eingebauten, schräg zur Schmelz- und Überhitzungszone gerichteten Sauerstoff Direktinjektionslanze verbunden sind. Unterhalb des Begichtungstrichters ist ein zusätzlicher Gasabzug angeordnet und in der oberen Absaug- und Gasberuhigungskammer ist ein Rohrstutzen für ein Schauloch oder für die Installation eines Zusatzbrenners angebracht. Die untere Absaug- und Gasberuhigungsringkammer ist direkt mit einer Feststoffzuführungsschleuse verbunden, sowie einem Überschußgasabsaugstutzen und einer oder mehreren Wasserzuführungseinrichtungen versehen. Diese Anordnung und Ausgestaltung der einzelnen Ofenschüsse soll einen ungestörten Prozessablauf bei der stofflichen und/oder energetischen Verwertung unterschiedlicher Einsatzmaterialien mit unterschiedlicher Konsistenz und unterschiedlichem Erweichungsintervall gewährleisten, in dem einerseits die Gasgeschwindigkeiten im Bereich der beiden Gasabsaugebenen und damit die Zusatzerscheinungen und Staubablagerungen im Bereich der Kreislaufgas- und Überschussgasabsaugöffnungen in einem solchen Maße reduziert werden, dass der ungehinderte Prozessablauf auch bei Einsatz feuchter Einsatzmaterialien wie beispielsweise Hausmüllfraktionen, gewährleistet ist und prozessspezifisch auftretende Temperaturen größer 800 °C nicht mehr zu schädlichen Sintererscheinungen führen. Zu dem ermöglicht die lokale Einengung des Ofenschachtes oberhalb der Überschussgasabsaugebene im Bereich der Sauerstoffdüsen die Ausbildung einer zweiten, durch regelbare Sauerstoffzufuhr gekennzeichnete heiße thermo-chemisch aktiven Zone und eine längere Verweilzeit der Einsatzmaterialien, wodurch der kontrollierte Abschluss aller materialspezifischen Ver- und Entgasungsprozesse der Einsatzstoffe vor dem weiteren Absinken der Schüttung realisiert werden kann. Nachteilig ist hierbei und bei allen anderen bekannten Kreislaufgas-Verfahren in Kreislaufgas-Sauerstoff Kupolöfen, dass durch den Abzug des Prozessgases aus der gegenüber der Schmelz- und Überhitzungszone vergleichsweise kalten Kreislaufgasebene und durch die beim Transport über die Rohrleitungen auftretenden Temperaturverluste organische Pyrolyseöl- und/oder Teerverbindungen aus dem Kreislaufgas auskondensieren, die zu Beeinträchtigungen der Funktion der in den Kreislaufgasleitungen installierten Mess- und Regeleinrichtungen und zu Funktionsstörungen der Treibdüsenbrenner durch Rückzünderscheinungen führen können.
  • Weiterhin ist in DE 40 30 554 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen in einem Reaktionsbehälter offenbart. Der Reaktionsbehälter soll alle staubförmigen, stückigen, festen, teigigen, pastösen und/oder flüssigen Abfallstoffe durch Verbrennen, Vergasung und Erschmelzung umweltneutral beseitigen können. Das Verfahren soll ebenfalls in Abhängigkeit vom Material und der Reaktionsführung bis zu 10 bar Druck effektiv arbeiten können. Zur weiteren Ausgestaltung sind dem Reaktionsbehälter Verfahrensstufen der thermischen Abfallbehandlung wie eine Pyrolyse-Vorrichtung oder eine Schlammtrocknung zugeordnet. Grundlegend für das Verfahren ist, dass in dem in Ober- und Unterofen geteilten Aggregat im Oberofen mindestens eine Verbrennungs- und Schmelzzone durch Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Materialien mit einem oxidierend wirkenden Mittel erzeugt und kalziumhaltiges Material im Überschuss zugesetzt wird. Die Nachteile des in DE 40 30 554 A1 dargestellten Verfahrens zur thermischen Behandlung von Ablallstoffen in einem Reaktionsbehälter bestehen darin, dass anlagen- und sicherheitstechnisch aufwendige Gasverschlüsse druckdicht in die Anlagentechnik integriert werden müssen, und das Verfahren nur unter Druck durchgeführt werden kann. Die verfahrenstechnisch offenbarten Möglichkeiten der thermischen Behandlung von Abfallstoffen sind durch energetische Widersprüche gekennzeichnet.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen mit geringem anlagen- und sicherheitstechnischen Aufwand realisierbaren Schacht-Schmelz-Vergaser unter Normaldruck und ein Verfahren zur Durchführung für eine thermische Behandlung und Verwertung von Abfällen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung zur Verfügung zustellen, welches nicht die Nachteile des Standes der Technik aufweist. Das enstehende Rohgas ist unabhängig von der Abfallstoffeinsatzmenge und -zusammensetzung frei von organischen Schadstoffen, ohne organische Pyrolyseöle und/oder Teerverbindungen.
  • Die Aufgabe wird durch das eingangs genannte Verfahren durch die Merkmale des unabhängigen Anspruches 1 und der Schacht-Schmelz-Vergaser durch die Merkmale des Anspruches 7 weitergebildet.
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dementsprechend, ein Schacht Schmelz-Vergaser gewesen der dadurch gekennzeichnet ist, dass auf einer Grundplatte ein den Herd bildender Schachtteil mit Abstichvorrichtungen und direkt anschließend mehrere verschiedenartig gestaltete zylindrische Schachtteile angeordnet sind, wobei der konische Schachtteil in den schachterweiternden Schachtteil hineinragt und so einen schüttungsfreien Raum mit Absaugeinrichtungen bildet. Im Schachtteil oberhalb des Herdes sind jeweils mehrere über den Umfang verteilte Injektoren angeordnet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Schacht-Schmelz-Vergasers sind die Absaugeinrichtungen (10) als Quenche, Dampfkessel, Sprühabsorber oder Heißfilter ausgebildet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Schacht-Schmelz-Vergaser ist der konische Schachtteil (7) zur Beheizung doppelwandig ausgeführt. Diese Beheizung kann wahlweise mit Heisswind oder anderen Wärmeträgern wie z.B. mit Thermoöl erfolgen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Schacht-Schmelz-Vergasers sind im Ofeninneren die Grundplatte (1) und die Schachtteile (2; 6) mit einem feuerfesten Material (15) zugestellt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung versteht man unter dem Begriff feuerfeste Materialien gebrannte oder ungebrannte, seltener schmelzgegossene Steine oder ungeformte Erzeugnisse wie, Mörtel, Kitte, Rammassen Feuerbetone oder Spritzmassen aus der Gruppe der tonerdereichen Erzeugnisse der Gruppe 1 oder 2, Schamotteerzeugnisse, saure Schamotteerzeugnisse, Tondinaserzeugnisse, Silcaerzeugnisse, Magnesit-Chromit, Chromit Forsterit oder ähnliche.
  • Überraschenderweise zeigte sich, dass die in den Schacht-Schmelz-Vergaser eingebrachten organischen Abfallstoffe und auch die im Prozess der thermischen Behandlung entstehenden organischen Schadstoffe (Pyrolyseprodukte) durch die Gleichstromtechnik während des Prozesses ohne außerhalb des Ofenschachtes angeordnete Anlagentechnik selbst zerstört werden. Die prozessinterne Vernichtung organischer Schadstoffe wird somit mit einfachen Mitteln realisiert.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur thermischen Behandlung und Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung, wie z. B. schadstoffbelastetes Altholz. Altreifen, Industrie-/Gewerbeabfallstoffe, Haus- und Sperrmüll sowie aus diesen Abfallstoffen erzeugte Ersatzbrennstoffe in dem erfindungsgemäßen Schacht-Schmelz-Vergaser, bei dem
    • die Abfallstoffe und Zuschläge nach dem Anbrennen des Schacht-Schmelz-Vergasers über die Schachtteile (8; 7)) direkt bis zur Hochtemperaturzone (H) eingebracht werden.
    • dann in die Hochtemperaturzone (11) Sauerstoff eingedüst wird. ,
    • die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe abtropfen bzw. abfließen,
    • gleichzeitig die so durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden heißen gasförmigen Reaktionsprodukte als ein Teil des Rohgases mit den absinkenden nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteilen des Abfallstoffes durch Absaugeinrichtungen (10) im Gleichstrom in Richtung Herd (2) geführt werden und einer pyrolytischen Zersetzung unterliegen,
    • der während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone (Z) bildende Pyrolysekoks mit Sauerstoff zu weiteren gasförmigen Reaktionsprodukten als Rohgas verbrannt wird wobei sich Schlacke und Metall im Herd (2) sammeln und
    • das gesamte Rohgas gleichzeitig im Gegenstrom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase seitlich zwischen der Hochtemperaturzone (H) und der Reduzier-/Crackzone (Z) abgesaugt wird.
  • In dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht das entstehende Rohgas aus den gasförmigen Reaktionsprodukten CO, CO2, H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe aus Spurenkomponenten, wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HCl.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird die Verbrennungsluft anstelle des Sauerstoffs, oder Verbrennungsluft und Sauerstoff im Gemisch eingebracht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das in der Reduzier-/Crackzorie (Z) entstehende Gas mit einer Temperatur von mindestens 800 °C aus der Schüttung bei gleichzeitiger Schockkühlung abgesaugt und in eine Gaswirtschaft zur Weiterbehandlung geleitet.
  • Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 1 näher erläutert werden. Die schematische Darstellung zeigt einen koksbeheizten Schacht-Schmelz-Vergaser. Es ist dargestellt, dass auf einer Grundplatte 1 ein den Herd bildender Schachtteil 2 mit Abstichvorrichtungen 3 für Schlacke und Eisen aufgesetzt ist, direkt anschließend mehrere verschiedenartig gestaltete zylindrische Schachtteile 4; 5; 6; 7 und 8 angeordnet sind, wobei der konische Schachtteil 6 in den schachterweiternden Schachtteil 4 ragt und so einen schüttungsfreien Raum 11 mit hierin liegenden Absaugeinrichtungen 10 bildet, im Schachtteil 4 oberhalb des Herdes 2 und im Schachtteil 6 oberhalb des Schachteiles 4 jeweils mehrere um den Umfang verteilte Injektoren 9 ;14 angeordnet sind.
  • Bei den erfindungsgemäßen zu verwertenden Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung handelt es sich um solche aus der Gruppe von schadstoffbelastetem Altholz, Altreifen, Industrie-/Gewerbeabfallstoffen, Haus- und Sperrmüll oder ähnlichen.
  • Für die Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit des Schacht-Schmelz-Vergasers ist von Bedeutung, dass im Ofeninneren die Grundplatte 1 und die Schachtteile 2; 6 mit einem feuerfesten Material 15 zugestellt sind, am konischen Schachtteil 8 eine Füllstandsanzeige 16 angeordnet ist, das in den schüttungsfreien Raum 11 ragende Stück des Schachtteiles 6 eine Wasserkühlung 12 hat und der konische Schachtteil 7 zur Beheizung mit Heisswind oder anderen Wärmeträgern wie Thermoöl, doppelwandig ausgeführt ist. Dadurch kann in diesem Schachtbereich der angrenzende Schüttungsrand auf Temperaturen bis 300° aufgeheizt werden, wodurch sich der Kondensationspunkt der Pyrolyseöle und der Teerprodukte in den Kern der Schüttung verschiebt.
  • Am Beispiel der thermischen Behandlung und Verwertung von Altholz mit Metallteilen, Bahnschwellen und Spanplatten wird der Schacht-Schmelz-Vergaser, dimensioniert für ca. 1 t/h Durchsatz, vor Prozessbeginn mit Füllkoks bis ca. 500 mm oberhalb der Injektoren 14 gefüllt. Jetzt erfolgt wie bei herkömmlichen klassischen Kupolöfen das Anbrennen mit natürlichem Zug und gegebenenfalls mit Unterstützung durch Zugabe von Sauerstoff mittels der Injektoren 9 ; 14. Nach dem Anbrennen, dies bedeutet, dass der Füllkoks durchgebrannt und weissglühend ist, erfolgt das Setzen der Beschickung, welche aus den Zuschlägen 0.04 t/h Koks und 0,04 t/h Kalk sowie aus 1 t/h Altholz mit Metallanteilen, Bahnschwellen und Spanplatten besteht, mittels der Begichtungseinrichtung 18 über die Schachtteile 8: 7 direkt bis zur Hochtemperaturzone H. Der Schacht-Schmelz-Vergaser wird bis zur Füllstandsanzeige 16 gefüllt und die Injektoren 9; 14 und die als Absaugeinrichtungen eingesetzten Quenche, Dampfkessel oder Sprühabsorber 10 werden in Betrieb genommen.
  • Durch die Injektoren 9; 14 werden 273 m3/h Sauerstoff eingeblasen. In der Hochtemperaturzone H reagieren die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen Bestandteile mit dem eingedüsten Sauerstoff. Die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe schmelzen und fließen oder tropfen nach unten ab. Gleichzeitig werden die durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden heißen gasförmigen Reaktionsprodukte mit den absinkenden, nicht oder nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteilen des Abfallstoffes durch die Quenche oder Sprühabsorber 10 im Gleichstrom in Richtung Herd 2 geführt und unterliegen einer pyrolytischen Zersetzung. Der sich während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone Z bildende Pyrolysekoks wird durch den von den Injektoren 9 eingebrachten Sauerstoff verbrannt, wobei sich Schlacke und Metall im Herd 2 sammeln. Der von den Injektoren 9 eingebrachte Sauerstoff ist als eine wichtige Voraussetzung für den gesamten Prozess der Schmelzvergasung anzusehen Mit der Verbrennung des Pyrolysekoks kann der Energiebedarf des Systems dahingehend gesichert werden, dass die Fließfähigkeit von Metall und Schlacke bei normale Einsatz von Satzkoks gewährleistet ist und die für die Pyrolyse und die Reduktionsarbeit erforderlichen Temperaturen im Pyrolysekoksbett aufrecht erhalten werden. Dies schafft die Voraussetzungen dafür, dass eine vollständige thermische Zersetzung sowohl der eingebrachten als auch der während des Prozesses neu gebildeten temperaturbedingt, gasförmigen organischen Schadstoffe stattfindet.
  • Das Rohgas setzt sich aus den in den Zonen H und Z gebildeten gasförmigen Reaktionsprodukten zusammen. Es wird gleichzeitig im Gegenstrom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase seitlich zwischen der Hochtemperaturzone H und der Reduzier-/Crackzone Z abgesaugt. Die Quenche oder Sprühabsorber 10 fördern ca.1600 Nm3/h Rohgas, das 334 1/h Wasser enthält, welches auskondensiert wird. Von einer nicht dargestellten Gasreinigung werden somit 1183 Nm3/h Brenngas mit einer Heizleistung von 2,99 MW und einem Heizwert von 2,5 KWh/m3 mit etwa 20 % H2, 54 % CO, 9 % CO2 und ca. 17 % N2 erzeugt. Dieses Brenngas kann beispielsweise von einen Blockheizkraftwerk genutzt werden. Durch die Quenche oder Sprühabsorber 10 werden ca. 230 m3/h Falschluft von der Begichtung durch die Schüttung gesaugt, so dass ein Gasaustritt aus dem Ofenschacht sicher verhindert wird. Ca. 0.09 t/h metallische und ca. 0,07 t/h mineralische Komponenten der Abfallstoffe werden durch die Abstichvorrichtungen 3 aus den Schacht-Schmelz-Vergaser abgezogen. Alle rohgasförmigen Organika und Gaskomponenten werden vollständig zu CO, CO2) H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe zu Spurenkomponenten wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HCl reduziert. Das entstandene Gas wird mit Temperaturen von mindestens 800 °C aus der Schüttung abgesaugt und in eine Gaswirtschaft zur Weiterverarbeitung geleitet:

Claims (14)

  1. Verfahren zur thermischen Behandlung und Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung in einem Schacht-Schmelz-Vergaser, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Abfallstoffe und Zuschläge nach dem Anbrennen des Schacht-Schmelz-Vergasers über die Schachtteile (8; 7)) direkt bis zur Hochtemperaturzone (H) eingebracht werden.
    - dann in die Hochtemperaturzone (H) Sauerstoff eingedüst wird.
    - die mineralischen und metallischen Bestandteile der Abfallstoffe abtropfen bzw. abfließen,
    - gleichzeitig die so durch thermochemische Umsatzreaktionen entstehenden heißen gasförmigen Reaktionsprodukte als ein Teil des Rohgases mit den absinkenden nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteilen des Abfallstoffes durch Absaugeinrichtungen (10) im Gleichstrom in Richtung Herd (2) geführt werden und einer pyrolytischen Zersetzung unterliegen,
    - der sich während der Absetzzeit in der Reduzier-/Crackzone (Z) bildende Pyrolysekoks mit Sauerstoff zu weiteren gasförmigen Reaktionsprodukten als Rohgas verbrannt wird, sowie Schlacke und Metall sich im Herd (2) sammeln und
    - das gesamte Rohgas gleichzeitig im Gegenstrom, im Gleichstrom und quer zu den Strömungsrichtungen der Ofengase seitlich zwischen der Hochtemperaturzone (H) und der Reduzier-/Crackzone (Z) abgesaugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das entstehende Rohgas aus den gasförmigen Reaktionsprodukten CO, CO2, H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe aus Spurenkomponenten wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HCl besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsluft anstelle des Sauerstoffs eingebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsluft und Sauerstoff eingebracht werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturen im Schacht-Schmelz-Vergaser im Temperaturbereich von 1800 °C bis größer 2000 °C betragen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das in der Reduzier-/Crackzone (Z) entstehende Gas mit einer Temperatur von mindestens 800 °C aus der Schüttung bei gleichzeitiger Schockkühlung abgesaugt und in eine Gaswirtschaft zur Weiterbehandlung geleitet wird.
  7. Schacht-Schmelz-Vergaser zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass auf einer Grundplatte (1) ein den Herd bildender Schachtteil (2) mit Abstichvorrichtungen (3) für Schlacke und Eisen aufgesetzt ist und direkt anschließend mehrere verschiedenartig gestaltete zylindrische Schachtteile (4;5;6;7;8) angeordnet sind, wobei der konische Schachtteil (6) in den schachterweiternden Schachtteil (4) ragt und so einen schüttungsfreien Raum (11) mit hierin liegenden Absaugeinrichtungen (10) bildet, im Schachtteil (4) oberhalb des Herdes (2) und im Schachtteil (6) oberhalb des Schachteiles (4) jeweils mehrere um den Umfang verteilte Injektoren (9;14) angeordnet sind.
  8. Schacht-Schmelz-Vergaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtungen (10) Quenche sind.
  9. Schacht-Schmelz-Vergaser nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtungen (10) Sprühabsorber sind.
  10. Schacht-Schmetz-Vergaser nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtungen (10) Dampfkessel sind.
  11. Schacht-Schmelz-Vergaser nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Schachtteil (4) ragende Stück des Schachtteiles (6) eine Wasserkühlung (12) hat.
  12. Schacht-Schmetz-Vergaser nach Anspruch 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der konische Schachtteil (7) zur Beheizung mit Heisswind oder anderen Wärmeträgern wie Thermoöl, doppelwandig ausgeführt ist.
  13. Schacht-Schmelz-Vergaser nach Anspruch 7 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass im Ofeninneren die Grundplatte (1) und die Schachtteile (2;6) mit einem feuerfesten Material (15) zugestellt sind. .
  14. Schacht-Schmelz-Vergaser nach Anspruch 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, das an dem konischen Schachtteil (8) eine Füllstandsanzeige (16) angeordnet ist.
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