NO861708L

NO861708L - Pyrolyseanlegg.

Info

Publication number: NO861708L
Application number: NO861708A
Authority: NO
Inventors: Klaus Hassmann; Wolfgang Keller; Klaus Riedle
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1985-06-07
Filing date: 1986-04-30
Publication date: 1986-12-08
Also published as: EP0208881A1

Description

Oppfinnelsen angår et pyrolyseanlegg med en forkullingsinnretning til forkulling av tilført charge for dannelse av et såkalt pyrolyseresiduum og en dunstgass samt en gassdestillator som er etterkoblet forkullingsinnretningen på gassiden og tjener til å omdanne dunstgassen til et gassdestillat som uten betenkning kan brukes til fyring.

Der er allerede kjent pyrolyseanlegg hvor søppel fra husholdning, industri og andre næringer såvel som klarings-slammer blir underkastet en forkullingsprosess ved 450-500°C under utelukkelse av luft. Ved denne forkullingsprosess skjer der en volumreduksjon av søppelet, resp. avfallet, til ca.

10% av dets opprinnelige volum. Foruten det sterkt karbonholdige pyrolyseresiduum som uten videre kan deponeres, blir der dannet en dunstgass som på grunn av sin andel av skadelige stoffer i det kjente pyrolyseanlegg må krakkes i en gassdestillator.

Til formålet blir dunstgassen partielt forbrent i en gassdestillator under tilføyelse av små mengder oksygen og derpå suget gjennom et lag av glødende koks. Ved den partielle forbrenning og gjennomstrømningen i det glødende kokslag blir molekylene i dunstgassens skadelige stoffer spaltet og tungmetallene innbundet i kokslaget i redusert og vann-uoppløselig form. Den destillasjonsgass som strømmer ut av gassdesti 11a-toren, må ved de kjente pyrolyseanlegg kjøles og renses i en flertrinns vaskekjede før den kan tilføres andre forbrukere. Den består vesentlig av nitrogen, karbonmonoksid, hydrogen

og små andeler av hydrokarboner.

3

Pa grunn av sin varmeverdi av ca. 5000 kJ pr. norm m blir den å betegne som fattig gass.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave såvidt mulig å høyne destillasjonsgassens varmeverdi og samtidig mest mulig minske den tekniske påkostning for omdannelsen av de behandlede avfallsstoffer til destillasjonsgass.

Denne oppgave blir løst med de trekk som er angitt i patentkrav 1. Gunstige utformninger fremgår av kravene 2-9.

Ved at dunstgassene ikke lenger blir partielt forbrent

i gassdestillatoren og så trukket gjennom et glødende kokslag, men direkte blåses inn i en jernbadforgasser, bortfaller det tap i varmeverdi som knytter seg til den partielle

forbrenning. De destillasjonsgasser som dermed strømmer ut av jernbadforgasseren, har av den grunn en vesentlig høyere, varmeverdi enn dem som strømmer ut av gassdestillatoren i konvensjonelle pyrolyseanlegg. Videre kan der tilføres jernbadet skadestoff-bindemidler som reagerer med den innblåste dunstgass og binder dens andel av skadelige stoffer til seg. Disse bindemidler samler seg i slaggen som flyter på jernbadet, og kan så fjernes fra dette sammen med slaggen. Herunder blir nær sagt samtlige skadelige stoffer som svovel, fluor og en del av tungmetallene bundet til slaggen og sluset ut som faststoff.

For å forhindre innfrysning av jernbadet kan der som gunstig videre utvikling av oppfinnelsen tilføres jernsmelten varmeenergi på elektrisk vei. Dette kan hensiktsmessig skje ved induksjonsoppvarmning.

Det er også mulig som en videre utvikling av oppfinnelsen å tilføre den nødvendige energi på kjemisk vei og varme opp jernsmelten enten ved indirekte forbrenning av en del av de dannede destillasjonsgasser eller ved direkte tilførsel av nedmalt karbon og oksygen til jernbadet. Ved enda en gunstig utformning av oppfinnelsesgjenstanden kan karbonet tilføres jernbadet som nedmalt koks. Det ville imidlertid også være mulig til dette å anvende en opparbeidet del av pyrolyseresiduet fra forkullingstrommelen. I det sistnevnte tilfelle kan til-førselen av fremmedkoks reduseres sterkt, eventuelt til og med innspares helt.

Ytterligere enkeltheter ved oppfinnelsen vil bli belyst ved et utførelseseksempel som er vist på tegningen. Fig. 1 viser et tidligere kjent pyrolyseanlegg med en gassdestillator til opparbeidelse av husholdningssøppel. Fig. 2 viser et pyrolyseanlegg i samsvar med oppfinnelsen, forsynt med jernbadforgasser, og

fig. 3 viser jernbadforgasseren på fig. 2 i snitt.

Av fig. 1 fremgår den prinsipielle oppbygning av et tidligere kjent pyrolyseanlegg 1. Ved dette kjente pyrolyseanlegg 1 betegner 2 et søppelinntak, 3 en dyp bunker og 4

en søppelkran. Til findeling av det leverte søppel er der tilordnet søppelkranen 4 en rotorsaks 5. Til denne rotorsaks 5

slutter seg et søppeltransportsystem 7 som fører til en for-bunker 6. Denne munner ut i en fyllingssjakt 8 for en forkullingstrommel 10 som roterer om sin lengdeakse 9. Til forkullingstrommelen 10 slutter seg så på utgangssiden en støv-separator 11 med etterkoblet reststoff-utmatningssystem 12.

På gassiden etterfølges støvseparatoren 11 av en gassdestillator 13. Denne består i det vesentlige av et sylindrisk hus 14

som er montert med en skråning på tilnærmelsesvis 45°, og på hvis overside er montert et brennerhode 15. I midten av gassdestillatoren 13 sitter en rist 16 som dekker hele dens tverrsnitt og bærer et kokslag 17. Ved den øvre ende av kokslaget er der anordnet en kokstilførselsledning 18 og ved den nedre ende en askeavtrekksledning 19. Til brennerhodet 15

er der foruten dunstenes gassledning 20 også koblet en ytterligere gassledning 21 som tilfører en oksygenholdig gass.

Bak kokslaget 17 regnet i gassenes strømningsretning slutter der seg til destillatoren 13 en destillasjonsgassledning 22

som via et varmeveksleranlegg 23 fører til en kombinert gass-kjøle- og vaskekjede 24. Varmeveksleranlegget 23 er utrustet med en avvarme-damputvikler 25, en røkgassvarmeveksler 26

og en luftforvarmer 27.

Den rensede gass som forlater gasskjøle- og vaskekjeden 24, blir her i utførelseseksempelet via en rengassfordeler 28 tilført de forskjellige forbrukere, bl.a. også et brennkammer 29 som er innsatt foran forkullingstrommelen 10. De varme gasser som forlater brennkammeret 29, strømmer gjennom forkullingstrommelen 10 og kommer via en varmgasskompressor 30, og en varmeveksler 31 til skorstenen 32. Varmeveksleren 31, som er innsatt i varmgassledningen 33 foran skorstenen, gjennom-strømmes av fødevann. Fødevannsledningen 34 er koblet i serie med avvarme-damputvikleren 25 hos varmeveksleranlegget 23.

Dens friskdamp tjener på en måte som ikke er vist nærmere her, til intern energiforsyning av pyrolyseanlegget 1. En del av varmgassene kan via en resirkulasjonsledning 35 ledes tilbake til røkgassvarmeveksleren 26 og i blanding med den varmluft som forlater luftforvarmeren 27, tilføres brennerhodet 15 på gassdestillatoren 13. På fig. 1 er der dessuten til gasskjøle- og vaskekjeden 24 koblet et vannbehandlingsanlegg 36 hvor skadelige stoffer kan fjernes fra avvannet før dette slippes ut i det offentlige ledningsanlegg.

Under drift av et slikt tidligere kjent pyrolyseanlegg

1 blir avfallsstoffene etter å være oppdelt i rotorsaksen 5, ledet via for-bunkeren 6 til den om sin lengdeakse 9 roterende forkullingstrommel 10 og under stadig omhvirvling oppvarmet til 450-500°C ved hjelp av de i motstrøm ledede varme gasser fra brennkammeret 29 foran forkullingstrommelen.

De dunstgasser som blir frembragt ved denne temperatur, såvel som det gjenværende faste stoff, det såkalte pyrolyseresiduum, blir skilt fra hverandre i støvseparatoren 11. Som følge av den reduserte atmosfære.som hersker i forkullingstrommelen 10, blir de tungmetaller som kommer inn i forkullingstrommelen sammen med avfallsstoffene, ikke oksidert opp, men bundet i uoppløst form til forkullingskoksen. På denne måte er pyrolyseresiduet, hvis volum utgjør omtrent 1/10 av det opprinnelige søppelvolum, uten videre egnet for deponering. Derimot inneholder forkullingsgassene alt etter sammensetningen av søppelet eller av de innmatede stoffer som skal forkulles, skadelige stoffer. Disse kan langt på vei nedbygges ved den etterfølgende partielle forbrenning i brennerhodet 15 hos gassdestillatoren 13 med understøkiometrisk oksygenholdig gass og under den etterfølgende strømning gjennom det rødglødende kokslag 17

i gassdestillatoren 13 nedbygges til et gassdestillat som vesentlig inneholder nitrogen, karbonmonoksid, hydrogen og små mengder av hydrokarboner. Dette gassdestillat blir bak varmeveksleranlegget 23 hvori driftsdampen, såvel som den oksygenholdige gassblanding som skal tilføres brennerhodet 15 hos gassdestillatoren 13, blir varmet opp i røkgassvarme-veksleren 26 og luftforvarmeren 27 og ledet til den flertrinnede gasskjøle- og vaskekjede 24. Der blir karbondioksid såvel som klorholdige komponenter vasket ut. Den såkalte rengass som strømmer ut av gasskjøle- og vaskekjeden 24, kan nå uten betenkning tilføres ytterligere forbrukere. En del av denne rengass blir forbrent med luft i brennkammeret 29 og anvendt til oppvarming av forkullingstrommelen 10. Denne avgass fra brennkammeret 29 avgir etter å ha passert varmgasskompressoren 30 sin restvarme i varmeveksleren 31 til fødevannet for

avvarme-damputvikleren 25, før den slippes ut gjennom skorstenen 32 til atmosfæren.

Ved et slikt tidligere kjent pyrolyseanlegg 1 blir de tilførte avfallsstoffer som søppel, klaringsslam og industri-avfall omdannet til et pyrolyseresiduum hvis volum utgjør omtrent 1/10 av de opprinnelige stoffers, og som uten betenkning kan deponeres. I tillegg blir der på omveien om gassdestillatoren 13 frembragt et gassdestillat som kan anvendes til opp-varmningsformål eller energiutnyttelse. Foruten de tilførte avfallsstoffer behøves også koks for gassdestillatoren 13

og vann for gasskjøle- og vaskekjeden 24. Dette vann må via et vannbehandlingsanlegg 36 befris for skadelige stoffer før det kan ledes ut i det offentlige kanalnett. Også den langt på vei utbrente restkoks som har passert gassdestillatoren 13, kan uten betenkning deponeres.

Til forskjell fra det kjente pyrolyseanlegg 1 viser

fig. 2 et pyrolyseanlegg 40 i samsvar med oppfinnelsen. Også dette pyrolyseanlegg har et søppelinntak 41 med en dypbunker 42 og en søppelkran 43 samt en rotorsaks 44 som mates av søppel-kranen og tjener til å oppdele det tilførte søppel, samt et søppeltransportsystem 46 som fører til en for-bunker 45. Og også her er der til for-bunkeren 45 koblet en forkullingstrommel 48 som roterer om sin lengdeakse 47. Til denne trommel er der likedan som i utførelsen på fig. 1 koblet en støvseparator 49 med etterkoblet pyrolyseresiduum-utmatningssystem 50 til å skille pyrolyseresiduene fra dunstgassen. Til forskjell fra utførelsen på fig. 1 er der imidlertid etter støvseparatoren 49 på dens gasside under mellomkobling av en dunstgasskompressor 51 koblet en jernbadforgasser 52. Denne jernbadforgasser etter-følges i sin tur på gassiden av et varmeveksleranlegg 53.

Dette inneholder i utførelseseksempelet igjen en avvarme-damputvikler 54, en røkgassvarmeveksler 55 og en luftforvarmer 56. Til forskjell fra utførelsen på fig. 1 kan den avkjølte destillasjonsgass som strømmer ut av dette varmevekslersystem, under innsparing avt en vaskekjede tilføres forbrukerne direkte via en destillasjonsgasskompressor 58 innkoblet i destillasjons-gassledningen 57. I utførelseseksempelet er der imidlertid foran destillasjonsgasskompressoren innskutt en støvseparator 83 hvis støvavtrekk via en transportledning 84 er tilkoblet støvseparatoren 49.

Ved pyrolyseanlegget 40 ifølge oppfinnelsen blir igjen

en del av destillasjonsgassen forbrent i et brennkammer 59

og tilført de hete røkgasser via en varmgassledning 60 til forkullingstrommelen 48. Varmgassledningen fra forkullingstrommelen 48 fører også her, før utgangen til en skorsten 61, til en varmeveksler 62 som fødevannet for avvarme-damputvikleren 54 ledes igjennom i motstrøm. Som det fremgår av fig. 2, munner dunstgassledningen 63, en brennstoffledning 64 for de karbonholdige substanser som f.eks. finmalt koks (kornstørrelse mindre enn 1 mm $) eller pyrolyseresiduer samt en ytterligere ledning 65 for en oksygenholdig gassblanding ut i bunnen av jernbadforgasseren 52. Foran dette sted munner der i ledningen 65 ut en røkgass-resirkulasjonsledning 66

som er ført gjennom varmeveksleren 55, og en friskluftledning 68 som er ført gjennom luftforvarmeren 56 og er utrustet med en luftkompressor 67. I disse er der for innstilling av gass-blandingens oksygeninnhold innbygget en og en strupeventil 69, 70.

Under drift av pyrolyseanlegget 40 ifølge oppfinnelsen blir det husholdnings- eller industrisøppel resp. klaringsslam - også gamle bildekk - som leveres til søppelinntaket 41 på fig. 2, oppdelt i rotorsaksen 44 og via søppeltransport-systemet 46 tilført forkullingstrommelen 48 som roterer om sin lengdeakse 47. I støvseparatoren 49 som følger etter forkullingstrommelen , blir dunstgassen skilt fra forkullingsresiduene og av dunstgasskompressoren 51 blåst inn i jernsmelten 71

hos jernbadforgasseren 52 via dunstgassledningen 63. Via brenn-stoff ledningen 64 som munner ut i jernsmelten 71, blir der tilført nedmalt koks som kan ha fått tilblandet skadestoff-bindemiddel i form av nedmalt kalksten eller brent kalk, og ved behov også kan ha fått tilblandet pyrolyseresiduum. Dessuten blir der via luftkompressoren 67 foran luftforvarmeren 56 tilsuget forbrenningsluft eller oksygen som varmes opp i luftforvarmeren og via ledningen 65 blåses inn i jernsmelten 71. Herved foregår der i jernsmelten en oppoksidasjon av karbonet

i koksen og i pyrolyseresiduet. Den varme som derved blir

fri, dekker varmetapene hos jernbadforgasseren 52. Jernbadets temperatur kan innstilles ved hjelp av mengden av innført karbon og oksygen, eventuelt også av oksygen fra luften. Det skadestoff-bindemiddel - særlig kalksten - som tilføres sammen med pyrolyseresiduet resp. koksen, flyter som slagg på jernbadet og blir fra tid til annen suget bort sammen med de skadelige stoffer via en slaggavtrekksledning 72.

En stor fordel ved dette pyrolyseanlegg 40 ligger i

at den tekniske påkostning takket være anvendelsen av en jern-badf orgasser 52 istedenfor en gassdestillator 13, blir påtagelig minsket, siden de destillasjonsgasser som forlater jernbadforgasseren, allerede er frie for skadelige stoffer og uten betenkelighet kan forbrennes. Dermed gjør anlegget etterkob-lingen av en vaskekjede 24 unnværlig. I og med innsparingen av vaskekjeden innspares imidlertid også det dertil nødvendige vannbehandlingsanlegg 36. Men dette nye pyrolyseanlegg byr på fordeler ikke bare med hensyn til anleggskostnader, men også med hensyn til driftskostnader. Således behøver man mindre koks til å holde jernbadets temperatur enn der ellers forbrukes koks i kokslageret hos en konvensjonell gassdestillator 13

med sammenlignbar ytelse. Videre kan forkullingsresiduene langt på vei erstatte den koks som behøves for å vedlikeholde jernbadets temperatur. Derved blir det i de fleste tilfeller unødvendig å deponere forkullingsresiduer eller restkoks. Isteden fås en forholdsvis liten mengde slagg. Fig. 3 viser

en jernbadforgasser 73 som er noe modifisert i forhold til utførelsen på fig. 2. Også her er en dunstgassledning 74 tilkoblet jernbadforgasseren i bunnen. Den fører gjennom schamott-foringen 75 inn i jernsmelten 76. Ved siden av dunstgassledningen 74 munner der også på samme måte ut en ledning 77 for tilførsel av skadestoffbindemiddel og eventuelt også av pyrolyseresiduer. I øvre kalott hos jernbadforgasseren 73 sitter et destillasjonsgassutløp 78 med påflenset destillasjonsgassledning 79. I en sidevegg av jernbadforgasseren 73 er der like over overflaten av jernsmelten 76 anordnet et avløp 80

for slaggen 81 som flyter på jernbadet og inneholder de skadelige stoffer. Jernbadforgasserens nedre avsnitt, som rommer

jernsmelten 76, er omsluttet av en vikling 82 til induksjonsoppvarming .

Til forskjell fra utførelseseksempelet på fig. 2 blir temperaturtapene i jernsmelten 76 ikke kompensert ved tilføyelse av koks og oksidasjonsmidler, men via induksjonsopphetning.

Det fører til at det ikke behøves å bringe noe oksygen inn

i jernsmelten. Bare i tilfellet av tilføyelse av pyrolyseresiduer kan der for minskning av de mengder som må deponeres, foretas en ubetydelig innblåsning av oksygen i jernbadet. Hovedfordelen ved dette tiltak ligger i innsparingen av energi ved utnyttelse av den kjemiske energi som frigjøres ved oksida-sjonen av pyrolyseresiduets karbon. Den varme som da blir frembragt i tillegg ved oksidasjon av pyrolyseresiduene, fører samtidig til innsparing av elektrisk oppvarmingsenergi.

Claims

1. Pyrolyseanlegg med en forkullingsinnretning til forkulling av tilført charge for dannelse av et pyrolyseresiduum og en dunstgass, samt med en gassdestillator som er etterkoblet forkullingsinnretningen på dens gasside og tjener til å omdanne dunstgassen til en destillasjonsgass som uten betenkning kan brukes til fyring, karakterisert ved at gassdestillatoren er en jernbadforgasser (52, 73) som får energi tilført for temperaturinnstilling, og i hvis flytende jernsmelte (71, 76) der blåses inn dunstgass og innføres skade-stof f -bi ndemidler .

2. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at jernsmelten (76) får oppvarmingsenergi tilført på elektrisk vei (82).

3. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 2, karakterisert ved at jernsmelten (76) får varme tilført ved induksjonsoppvarming (82).

4. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at jernsmelten (71) får energi tilført på kjemisk vei (64, 65).

5. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 4, karakterisert ved at jernsmelten varmes opp ved forbrenning av en del av den dannede destillasjonsgass.

6. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 5, karakterisert ved en indirekte oppvarming av jernbadet.

7. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 4, karakterisert ved at jernsmelten (71) får tilført karbon og oksygen resp. luft.

8. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 7, karakterisert ved at jernsmelten (71) får tilført nedmalt koks.

9. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 7, karakterisert ved at jernsmelten (71) får tilført forkullingsresiduer.

10. Pyrolyseanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at der kan ledes inn forurensede fremmedgasser for termisk ødelegelse resp. kjemisk innbinding av medførte skadelige stoffer i jernsmelten.