WO2001010980A1

WO2001010980A1 - Zweistufiges beschickungsverfahren für stückiges einsatzgut und stoffgemische in druckräume

Info

Publication number: WO2001010980A1
Application number: PCT/EP2000/007267
Authority: WO
Inventors: Johannes Klein; Marco Deutsch; Ralf Abraham
Original assignee: Krupp Uhde Gmbh
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2001-02-15
Also published as: DE19936972C1; AU6831200A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren zur Einbringung von kohlenstoffhaltigen Einsatzstoffen in einen Behandlungsraum, vorzugsweise einem Druckvergasungsreaktor nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfahrens. Hierbei wird das Einsatzgut in der ersten Stufe zunächst unter Verwendung von Konusmischern förderbar gemacht und gleichzeitig mit Druck beaufschlagt. In der zweiten Stufe wird das Einsatzgut unter Verwendung von Konusmischern homogenisiert und in geregelter Weise in den Behandlungsraum eingebracht.

Description

Beschreibung

Zweistufiges Beschickungsverfahren für stückiges Einsatzgut und Stoffgemische in Druckräume

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einbringung von kohlenstoffhaltigem Einsatzgut, das in einem Behandlungsraum, vorzugsweise einem Druckvergasungsreaktor, nach dem Prinzip des Hochtemperatur-Winkler-Verfahrens zum Einsatz kommt.

[0002] Im Betrieb von Druckvergasungsreaktoren ist die Aufgabe fester Einsatzstoffe in den Vergasungsreaktor ein zentrales Problem: Zum einen herrschen am Reaktoreintritt in der Regel hoher Druck und hohe Temperatur, was hohe Anforderungen an die Dichtungskonstruktion und die dabei zum Einsatz kommenden Materialien an der Aufgabestelle des Einsatzgutes stellt, zum anderen bedingt die Betriebsweise eines Vergasungsreaktors unter Sauerstoffabschluß, dass die Zugabe des Einsatzgutes gleichförmig bei gleichzeitig hohem Durchsatz erfolgen muss und Gasdichtheit erfordert. Bei in sich inhomogenem Einsatzgut mit wechselndem Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Feuchtegehalt kommt erschwerend hinzu, dass die Zugabe in geregelter Weise entsprechend den Messungen der Reaktorzustandsgrößen erfolgen muss. Ein solches überwiegend kohlenstoffhaltiges Einsatzgut, welches mit Stückgrößen von bis zu 100 mm zweidimensional - eine Dimension kann größer sein - vorgelegt wird, einen Feuchtigkeitsgehalt von 0 % bis höchstens 50 % bezogen auf die Trockenmasse besitzt und als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil von mindestens 30 % aufweist, ergibt sich zum Beispiel als Reststoff aus Shredder-Leichtgut der Altautoverwertung, aus Kunststoffabfällen, zerkleinerten Altreifen, entwässerten Klärschlämmen, Braun- und Steinkohle, zerkleinertem Haushaltsmüll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh. [0003] Üblicherweise werden zum Eintrag von den oben beschriebenen Brennstoffen in unter Überdruck betriebene Behandlungsräume entweder Schrägrohre oder Eintragsschnecken oder pneumatisch betriebene Eintragsorgane verwendet, wie die DE 195 48 324 lehrt. Dies begründet sich darin, dass historisch vorwiegend Kohle als Einsatzstoff für Druckvergasungen eingesetzt wurde, für die die in atmosphärisch betriebenen Feuerungsanlagen bewährten Eintragssysteme in leicht modifizierter Form übernommen wurden. Diese Kohle wurde entweder mit einem Maximalkorn von 2 bis 6 mm gebracht, dann in einen Schleusenbehälter geschüttet, der Behälter wurde druckdicht verschlossen, mit Inertgas unter Druck gesetzt, und die Schüttung wurde mit Eintragsschnecken und/oder Zellenradschleusen in den druckaufgeladenen Behandlungsraum eingebracht - aufgrund des Chargierbetriebs des einzelnen Systems bei der Druckbeaufschlagung sind für eine kontinuierliche Betriebsweise mehrere sich abwechselnde, schleusenartige Systeme erforderlich -, oder die Kohle wurde analog zur traditionellen Staubfeuerung feingemahlen und pneumatisch unter Druck in den Reaktionsraum eingebracht.

[0004] Üblicherweise liegen die Kohlenstoffgehalte und Heizwerte von Reststoffen aus Shredder-Leichtgut der Altautoverwertung, aus Kunststoffabfallen, zerkleinerten Altreifen, entwasserten Klarschlammen, zerkleinertem Haushaltsmüll, zerkleinerten Holzabfällen und Stroh deutlich unter den Kohlenstoffgehalten und Heizwerten von Steinkohle. Des weiteren läßt sich ein Maximalkorn von 2 bis 6 mm aufgrund betrieblicher Probleme bei der Zerkleinerung nur schwer erreichen und erfordern einen größeren Aufwand an Energie und Investitionen, weswegen üblicherweise entweder eine Korngröße von 40 mm gewählt wird oder eine Pyrolysestufe der eigentlichen Druckvergasung vorangeschaltet werden muss, wie z. B die DE 41 23406 lehrt. Letzteres gilt insbesondere für den Fall, dass eine Feinmahlung erfolgen soll Schuttungen mit größeren Korngrößen besitzen aber die unangenehme Eigenschaft, dass sie in der Regel ein größeres Lückenvolumen aufweisen. Wenn außerdem bei der Zerkleinerung Formen erzeugt werden, die von der Idealform der starren Kugel deutlich abweichen, also z. B. Splitter, Fadengewirre, Flocken, Schnipsel, Schaumstoff und dergleichen, verschlechtern sich die Transport- und Fördereigenschaften der Schüttung erheblich.

[0005] Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden.

[0006] Die vorliegende Erfindung löst die beschriebenen Probleme durch die im Anspruch 1 angegebenen Kennzeichen, nämlich durch ein zweistufiges Verfahren für die Beschickung eines gas- und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbesondere für die Beschickung eines Reaktors für einen Druckvergasungsprozess nach dem Hochtemperatur-Winkler Verfahren (HTW- Verfahren) mit einem überwiegend stückigen, kohlenstoffhaltigen Einsatzgut oder Stoffgemisch, wobei

• in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird,

• in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck stehende Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behandlungsraum, also beispielsweise in den Vergasungsreaktor des HTW-Verfahrens übergeleitet wird, und in den beiden Verfahrensstufen konische Behälter mit je einer mechanischen Auflockerungsvorrichtung, die als rotierende, im Behälter umlaufende Schnecke ausgeführt ist, verwendet werden, im folgenden als Konusmischer bezeichnet.

[0007] Die Unteransprüche 2 bis 4 enthalten sinnvolle Ausführungen dazu. [0008] Es zeigte sich in Versuchen, dass die ungünstigen Transport- und Fördereigenschaften des Einsatzgutes in ihr Gegenteil verkehrt werden können, wenn das Einsatzgut zunächst in geeigneter Weise vorgelegt und förderbar gemacht wird. Hierbei bewirkt die Art der Vorbehandlung, dass sich aus der lockeren Schüttung ein selbsttragendes und sich selbst zusammenhaltendes, förderbares Gefüge herausbildet. Hierbei kann sich schon bei der Vorbehandlung das Hohlraumvolumen deutlich verkleinern.

[0009] Die Vorbehandlung des Einsatzgutes erfolgt in mindestens zwei wechselweise betriebenen Schleusenbehältern, die erfindungsgemäß als Konusmischer ausgeführt werden, wobei die im Konus mitrotierende Schnecke wie ein Knethaken wirkt und auf diese Weise eine gute Vermengung, ein geeignetes Gefüge und dadurch eine Verringerung des Hohlraumanteils bewirkt. Hierbei zeigte es sich in Versuchen wider Erwarten als günstig, die mitrotierende Schnecke rückwärts laufen zu lassen, so dass sich eine Aufwärtsbewegung des Einsatzgutes in der Nähe der Schnecke einstellt, was die Vermengung und die Gefügebildung unterstützt. Die interne Förderschnecke des Konusmischers wird dabei mit einer Dreh- und Wirkrichtung betrieben, die das Einsatzgut unmittelbar an der Schnecke entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben fördert.

[0010] Sobald einer der als Schleusenbehälter betriebenen Konusmischer befüllt ist, wird er aufgabeseitig verschlossen und mit Inertgas bespannt, bis in etwa der gleiche Druck herrscht wie im Behandlungsraum. Während des Bespannungsvorgangs läuft die im Konus mitrotierende Schnecke weiter. Sobald der Enddruck erreicht ist, beginnt eine am Boden des Konusmischers befindliche Austragsschnecke mit dem Austrag zur Homogenisierung. Die als Schleusenbehälter genutzten Konusmischer arbeiten zweckmäßigerweise mit versetztem Takt. Dadurch ist es auch möglich, das beim Entspannungsvorgang anfallende, möglicherweise verunreinigte Inertgas wenigstens teilweise zum Bespannen während eines darauffolgenden Bespannungsvorgangs in einem anderen Konusmischer zu nutzen.

[0011] Die wechselnden Eigenschaften des Einsatzgutes hinsichtlich der Vergasungseigenschaften sowie des erzeugten Gases und der erzeugten Aschen verlangen Homogenisierung und Dosierbarkeit. Hierzu wird ein weiterer Konusmischer vorgesehen, der ausgangsseitig nach anderen Transport- und Absperrvorrichtungen mit einer Eintragsschnecke herkömmlicher Bauart verbunden ist. Der weitere Konusmischer dient als Zwischenlager und Homogenisator des Einsatzgutes und wird wie die

Eintragsschnecke bei etwa dem Druck des Behandlungsraums betrieben, so dass keine Gasströmung gegen die Förderrichtung auftritt. Er wird mit der reversiblen Austragsschnecke des Schleusensystems einlassseitig verbunden und vermischt das Einsatzgut. Daher sieht die Erfindung vor, dass das Einsatzgut aus den als Schleusen dienenden Konusmischern in einen weiteren, druckdicht ausgeführten Konusmischer gefördert wird, der die Pulsation des Schleusensystems vergleichmäßigt, einen Zwischenspeicher bildet und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zuführt, die es direkt in den Behandlungsraum fördert.

[0012] Die Erfindung wird am folgenden Ausführungsbeispiel in Figur 1 näher erläutert.

[0013] Das wechselnde Einsatzgut 1 wird mittels eines Trogkettenförderers 2 in eine Abwurfstation 3, die mit dem Einfülltrichter einer Reversierschnecke 4 verbunden ist, gefördert. Die Reversierschnecke 4 fördert das Einsatzgut im zeitlichen Wechsel in jeweils einen der beiden Konusmischer 5a und 5b, die als Schleusenbehälter dienen. Sobald einer der Konusmischer 5a oder 5b gefüllt ist, wird seine Eintrittsöffnung verschlossen und er wird mit unter Druck befindlichem Inertgas aus dem Pufferbehälter 6 bespannt, bis im jeweiligen Konusmischer 5a oder 5b der gleiche Druck wie im Behandlungsraum 7 herrscht. Über die Austragsschnecken 8a oder 8b wird das Einsatzgut aus den als Schleusenbehältern betriebenen, weiteren Konusmischern 5a und 5b in die Reversierschnecke 9 gegeben, die den als Vorlagebehälter betriebenen, weiteren Konusmischer 10 befüllt, in dem eine Homogenisierung und Zwischenspeicherung stattfindet. Im Anschluss daran wird das Einsatzgut aus dem Konusmischer 10 über die Austragsschnecke 11 , die regelbare Zellenradschleuse 12 und die mit Kühlwasser 14 gekühlte Eintragsschnecke 13 durch die Behälterwandung in den Behandlungsraum 7 in dosierter und geregelter Weise eingebracht.

[0014] Die beiden als Schleusenbehälter betriebenen Konusmischer 5a und 5b werden alternierend nach Art eines herkömmlichen Druckschleusensystems betrieben. Sobald der eine entleert ist, kann er entspannt und wieder befüllt werden. Zur Entspannung steht eine Druckausgleichsleitung 17 und ein Abluftsystem mit einem Abluftfilter 15 zur Verfügung, welches auch die Förderungseinrichtungen für das Einsatzgut bedient. Der Filterkuchen des Abluftfilters 15 wird über eine Zellenradschleuse 16 wieder dem Einsatzgut 1 zugemischt. Alle Behälter können mit Inertgas 18 gespült und inertisiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Einsatzgut

2 Trogkettenförderer

3 Abwurfbehälter

4 Reversierschnecke

5a/b Konusmischer

6 Inertgasbehälter

7 Behandlungsraum (angedeutet)

8a/b Austragsschnecke

9 Reversierschnecke

10 Konusmischer

11 Reversierschnecke

12 Zellenradschleuse

13 Eintragsschnecke

14 Kühlwasser

15 Abluftfilter

16 Zellenradschleuse

17 Druckausgleichsleitung

18 Inertgas

Claims

Patentansprüche

1. Mehrstufiges Verfahren für die Beschickung eines gas- und/oder druckdichten Behandlungsraumes, insbesondere für die Beschickung eines Reaktors für einen Druckvergasungsprozess nach dem

Hochtemperatur-Winkler-Verfahren (HTW Verfahren) mit einem nicht fließfähigen, überwiegend stückigen kohlenstoffhaltigen Einsatzgut oder wahlweise einem Stoffgemisch, welches a) mit Stückgrößen von bis zu 100 mm zweidimensional - eine Dimension kann größer sein - vorgelegt wird; b) einen Feuchtigkeitsgehalt von 0 % bis höchstens 50 % bezogen auf die Trockenmasse besitzt und c) als Schüttgut einen gasförmigen Hohlraumanteil von mindestens 30 % aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass

• in einer ersten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen gas- und/oder druckdichten Füllraum hineingegeben, mit Bespannungsgas unter Druck gesetzt, und dabei förderbar gehalten wird, • in einer zweiten Verfahrensstufe das unter Druck stehende

Einsatzgut homogenisiert und portioniert in den Behandlungsraum, also beispielsweise in den Vergasungsreaktor des HTW- Verfahrens, übergeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verfahrensstufe die Förderbarkeit durch mindestens einen Konusmischer erreicht wird und das Einsatzgut durch die untere enge Konusmischer-Öffnung mittels eines Austragsorgans dem Auslass dieser ersten Verfahrensstufe zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die interne Förderschnecke des Konusmischers mit einer Dreh- und Wirkrichtung betrieben wird, die das Einsatzgut unmittelbar an der Schnecke entgegen der Schwerkraftrichtung nach oben fördert und dass sich in der unmittelbaren Umgebung der Förderschnecke eine Aufwärtsströmung des zu fördernden Gutes einstellt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Verfahrensstufe das Einsatzgut in einen druckdicht ausgeführten, weiteren Konusmischer fördert, der die Pulsation der Förderung vergleichmäßigt, einen Zwischenspeicher bildet, und das Einsatzgut einer Eintragsschnecke zuführt, die es direkt in den Behandlungsraum fördert.