DE19750841A1 - Two-stage gasification process for wastes containing organic materials - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufenweisen thermischen Behandlung von organischen Verbindungen, ins besondere von Abfallstoffen, bei dem diese Verbindungen in mineralisierte bzw. anorganische Gase umgewandelt werden. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Verfahren und Vorrichtung finden überall dort Anwendung, wo toxische organische Verbindungen, wie sie insbesondere in Abfall stoffen vorhanden sind, schadlos verwertet und/oder besei tigt werden sollen, sowie bei der produktionsintegrierten Verwertung und Rückführung von Produktionsreststoffen. The invention relates to a method for gradual thermal treatment of organic compounds, ins special of waste materials in which these compounds in mineralized or inorganic gases are converted. The invention further relates to a device for through implementation of the method according to the invention. Procedure and Devices are used wherever toxic organic compounds, such as those found in waste substances are present, recycled without damage and / or besei should be done, as well as in the production-integrated Recycling and recycling of production residues.
In Abfallstoffen vorhandene Verbindungen wie Kohlenwasser stoffe, organische Halogen-, Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefelverbindungen können grundsätzlich thermisch abge baut werden. Zu derartigen thermischen Reaktionen sollen solche gezählt werden, bei denen (a) die chemische Konsti tution der Verbindungen grundlegend zerstört wird, und bei denen (b) darauf anschließend eine Mineralisierung er folgt. Verbrennungsreaktionen sind hier nicht immer geeig net, da sehr hohe Temperaturen erforderlich sind, um vor handene oder entstehende toxische Spurenstoffe wie bei spielsweise Dioxine oder Furane mit Sicherheit abzubauen.Compounds present in waste such as hydrocarbon substances, organic halogen, nitrogen, oxygen and In principle, sulfur compounds can be thermally removed be built. To such thermal reactions those are counted in which (a) the chemical const tution of the connections is fundamentally destroyed, and at which (b) subsequently mineralized follows. Combustion reactions are not always appropriate here net because very high temperatures are required to pre existing or emerging toxic trace substances as with for example, safely remove dioxins or furans.
Ein weiteres Problem im Zusammenhang mit der schadlosen Verwertung bzw. Beseitigung von Abfallstoffen besteht dar in, daß diese hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammenset zung sehr inhomogen sein können und mit deutlichen Schwan kungen hinsichtlich der Stoffzusammensetzung zu rechnen ist. Diese typische Eigenschaft von Abfallstoffen er schwert eine geordnete Verwertung außerordentlich, da das Ziel einer jeden Verwertung oder Vergasung die Bereitstel lung eines Produktes mit bekannter oder zumindest konstan ter Zusammensetzung sein muß.Another problem related to the harmless There is recycling or disposal of waste materials in that these with regard to their material composition can be very inhomogeneous and with a clear swan changes in the composition of the material is. This typical property of waste materials orderly recovery is extremely difficult, since that The goal of any recovery or gassing is the readiness a product with a known or at least constant ter composition must be.
Bei bekannten und bisher angewendeten Verfahren zur (we nigstens teilweisen) Vergasung von Feststoffen, von denen beispielhaft das sogenannte Thermoselect-Verfahren genannt sei, ist demgemäß der Verfahrensablauf so angelegt, daß Schwankungen der Eingangsstoffzusammensetzung innerhalb einer gewissen Bandbreite aufgefangen werden können, was allerdings Nachteile hinsichtlich des Energiebedarfs und Umsetzungsgrades mit sich bringt. Angesichts der Vielzahl der in den Abfallstoffen vorhandenen oder bei Umsetzungs reaktionen entstehenden Stoffe und der Komplexität der ablaufenden Reaktionen ist eine Einflußnahme auf die Ver fahrensführung im einzelnen lediglich auf Grundlage einer Vorabanalyse der zugeführten Abfallstoffe undenkbar, so daß - wenn überhaupt - bislang nur mit wenigen, relativ groben Erfahrungswerten gearbeitet wird.In known and previously used methods for (we at least partially) gasification of solids, of which exemplified the so-called Thermoselect process accordingly, the procedure is designed so that Fluctuations in the input material composition within a certain range, what however disadvantages in terms of energy requirements and Degree of implementation. Given the multitude the existing in the waste materials or in the case of implementation reactions arising and the complexity of the ongoing reactions is an influence on the ver driving in detail only on the basis of a Preliminary analysis of the waste materials supplied is unthinkable, see above that - if at all - so far only with a few, relatively rough empirical values is worked.
Die Erfindung hat sich als Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur stufenweisen Behandlung organischer Verbindungen, ins besondere von Abfallstoffen, anzugeben, mit dem einerseits die schadlose Beseitigung toxischer Stoffe möglich ist, und bei dem andererseits keine neuen toxischen Stoffe ent stehen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens.The object of the invention is a method for the gradual treatment of organic compounds, ins special of waste, to indicate with the one hand harmless disposal of toxic substances is possible, and on the other hand no new toxic substances stand, as well as a device for performing the Ver driving.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch An spruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch Anspruch 19 gelöst.This task is performed by An saying 1 and with respect to the device by claim 19 solved.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the invention are in the Subclaims described.
Durch die erfindungsgemäße zweistufige Vorgehensweise, bei der in einem ersten Schritt z. B. in einem indirekt beheiz ten Fluidbett, das mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff, fluidisiert wird, eine thermische Zersetzung stattfindet, und in einem nachgeschalteten Hochtemperatur reaktor, der z. B. ein elektrisch direkt beheizter Rohrre aktor sein kann, die Zwischenprodukte aus dem ersten Zer setzungsschritt nachvergast werden, können unterschiedli che, sich ergänzende Zielsetzungen erreicht werden, die in einem Einzelreaktor so nicht zu erreichen wären.By the two-step procedure according to the invention, at which in a first step z. B. heated indirectly th fluid bed, preferably with an inert gas Nitrogen being fluidized, thermal decomposition takes place, and in a downstream high temperature reactor, the z. B. an electrically directly heated pipe can be actuator, the intermediates from the first Zer gasification step can be different complementary objectives that are achieved in a single reactor would not be possible.
In einem ersten Schritt werden organische Verbindungen mit hoher Abbaurate bei Temperaturen im Bereich von 600°C bis 1000°C, vorzugsweise bei 900 bis 950°C, und mit für ther mische Reaktionen großen Verweilzeiten von bevorzugt mehr als 5 Sekunden pyrolisiert. Bei gleichmäßiger Zuführung und Einbringung sowohl flüssig/pastöser als auch gas förmiger Stoffe in das Fluidbett im Bereich des Düsen bodens kann eine vollständige konstitutionelle Zerstörung der organischen Verbindungen erreicht werden. Gebundene Halogene, Sauerstoff und Stickstoff, Schwefel und andere Elemente werden aus der Molekülstruktur eliminiert. Durch homolytische Bindungsspaltung erhält man ein Produktspek trum, das aus einer mengenmäßig überwiegenden Gasfraktion sowie geringen Mengen einer bei Raumtemperatur flüssigen Fraktion und eine Feststofffraktion besteht.In a first step, organic compounds with high degradation rate at temperatures in the range of 600 ° C to 1000 ° C, preferably at 900 to 950 ° C, and with for ther Mix reactions large retention times of preferably more pyrolyzed for 5 seconds. With even feeding and introduction of both liquid / pasty and gas shaped substances in the fluid bed in the area of the nozzle soil can be a complete constitutional destruction of organic compounds can be achieved. Bonded Halogens, oxygen and nitrogen, sulfur and others Elements are eliminated from the molecular structure. By Homolytic bond cleavage gives a product spec strum, which consists of a predominantly quantitative gas fraction as well as small amounts of a liquid at room temperature Fraction and a solid fraction exists.
Bei dem nachgeschalteten Vergasungsschritt werden die Zwi schenprodukte, die mit Produkten aus einer Hochtemperatur pyrolyse vergleichbar sind, bei Temperaturen zwischen 1000 und 1200°C zu einem Prozeßgas mineralisiert, das sich im Regelfall nach Gasreinigungsschritten aufgrund des Heiz wertes zu einer thermischen Nutzung eignet. Das Produkt spektrum stellt sich Annäherung entsprechend der thermody namischen Gleichgewichtslage verschiedener, untereinander in Konkurrenz befindlicher Gasreaktionen ein. Beispielhaft hierfür seien die Hydrierungsreaktion, die Wassergasreak tion und die Boudouard-Reaktion genannt.In the subsequent gasification step, the twos Products made with high temperature products pyrolysis are comparable, at temperatures between 1000 and 1200 ° C mineralized to a process gas that is in the Usually after gas cleaning steps due to heating suitable for thermal use. The product spectrum arises approximation according to the thermody Namely equilibrium different, among themselves competitive gas reactions. Exemplary this is the hydrogenation reaction, the water gas craze tion and the Boudouard reaction.
Zusätzlich kann durch gezielten, steuer- und regelbaren Zusatz von Vergasungshilfsstoffen, vorzugsweise Wasser oder Wasserstoff, die Hauptreaktionsrichtung gesteuert werden: 1. Durchführung einer Wassergasreaktion mit typi schem Produktspektrum oder 2. Gewinnung eines Prozeßgases mit Anteilen organischer Brenngase (Methan, Ethan, Ethy len).In addition, through targeted, controllable and controllable Addition of gasification aids, preferably water or hydrogen, controlled the main direction of reaction become: 1. Execution of a water gas reaction with typi chemical product range or 2. extraction of a process gas with proportions of organic fuel gases (methane, ethane, ethy len).
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht im Gegensatz zu Verbrennungsreaktionen darin, daß das Ver fahren unter Sauerstoffabschluß arbeitet. Dadurch können einerseits keine neuen toxischen Spurenstoffe wie bei spielsweise Dioxine und Furane gebildet werden, anderer seits können vorhandene toxische Stoffe mit hohen Abbaura ten abgebaut werden. Das Verfahren läuft mit anderen Wor ten unter reduzierenden Bedingungen ab.There is a special feature of the method according to the invention in contrast to combustion reactions in that the Ver driving under exclusion of oxygen works. This allows on the one hand, no new toxic trace substances as with for example, dioxins and furans are formed, others On the one hand, existing toxic substances with high degradation aura be dismantled. The process runs with other wor declined under reducing conditions.
Neben der gestuften Prozeßführung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß mit den grundsätzlich verfügbaren Daten des stofflichen Inputs, der Zwischenprodukte und der Endprodukte eine schnelle und effiziente Einflußnahme auf dem Prozeß und somit auf die Produktqualität genommen wird. Insbesondere die computergestützte zeitnahe Einfluß nahme auf die Lage der Reaktionsgleichgewichte zeichnet das Verfahren aus. Bevorzugt wird hierbei mit einem Meß-, Steuer- und Regelungsverfahren mit Thermodynamikmodul ge arbeitet.In addition to the staged process control, according to the invention be provided that with the basically available Data of the material input, the intermediate products and the End products a quick and efficient influence the process and thus the product quality becomes. In particular, the computer-based timely influence on the location of the reaction equilibria the procedure. It is preferred to use a measuring, Control and regulation procedure with thermodynamic module is working.
Wie bereits angedeutet, soll das Gesamtverfahren ein
Höchstmaß an Behandlungssicherheit gewährleisten. Das be
deutet, daß ein nahezu 100%iger Abbau der ursprünglichen
Einsatzstoffe erfolgen muß. Bezüglich der Verweilzeit von
Molekülen der Verbindungen im Reaktor muß daher eine ab
solute Mindestreaktionszeit und eine möglichst geringe
Abweichung von der mittleren Verweilzeit gegeben sein.
Darüber hinaus sollte der Reaktor eine gute Temperaturkon
stanz und eine besondere Störfallsicherheit aufweisen.
Diese Voraussetzungen werden insbesondere von einem Fluid
bettreaktor erfüllt. Dieser Reaktortyp zeichnet durch fol
gende Eigenschaften aus:
As already indicated, the overall procedure is intended to ensure the highest level of treatment security. This means that an almost 100% degradation of the original feedstocks must take place. With regard to the residence time of molecules of the compounds in the reactor, there must therefore be an absolute minimum reaction time and the smallest possible deviation from the mean residence time. In addition, the reactor should have a good temperature constant and be particularly safe against accidents. These requirements are met in particular by a fluid bed reactor. This type of reactor is characterized by the following properties:
- - indirekte Beheizung,- indirect heating,
- - guter Wärmeübergang zwischen Fluidbettmedium, Fluidis ierungsgas und Reaktionspartnern,- good heat transfer between fluid bed medium, fluidis tion gas and reactants,
- - gute Vermischung der Reaktionspartner,good mixing of the reactants,
- - gute Steuerbarkeit des Reaktors hinsichtlich der Be triebsparameter und der zugeführten Stoffmengen,- Good controllability of the reactor in terms of loading drive parameters and the amount of substance supplied,
- - Betreibbarkeit unter reduzierenden Bedingungen speziell zur Abfallbehandlung,- Operability under reducing conditions especially for waste treatment,
- - große Verweilzeit der Reaktionspartner (typischerweise 20 Sekunden),- large residence time of the reactants (typically 20 seconds),
- - große Störfallsicherheit durch relativ geringe Drücke (ca. 1,1 bar) im Reaktor und dadurch, daß im Falle ei nes Ausfalls von Aggregaten die Zersetzung der im Reak tor befindlichen Stoffe in jedem Fall weiterläuft.- Great safety against accidents due to relatively low pressures (approx. 1.1 bar) in the reactor and in that in the case of egg nes failure of aggregates the decomposition of those in the reac substances in any case continues to run.
Der nachgeschaltete Vergasungsreaktor erfüllt die Aufgabe der thermischen Nachvergasung der Pyrolyseprodukte aus der ersten Reaktionsstufe. Dazu ist in der Regel eine Tempera tur von mehr als 1100°C notwendig. Die bevorzugte Reaktor ausführung ist ein Rohrreaktor mit Vormischkammer. Neben gas- und staubförmigen Stoffen aus dem Fluidbettreaktor, die über eine Transferleitung zugeführt werden, können weitere Hilfsstoffe eingegeben werden.The downstream gasification reactor does the job the thermal post-gasification of the pyrolysis products from the first reaction stage. This is usually a tempera of more than 1100 ° C is necessary. The preferred reactor Version is a tubular reactor with a premixing chamber. Next gaseous and dusty substances from the fluid bed reactor, which can be supplied via a transfer line further auxiliary substances can be entered.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus führungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Further advantages and features of the invention result from the following description of a preferred Aus leadership form of a device according to the invention.
Eine erste Hauptkomponente der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist ein indirekt beheizter Fluidbettreaktor. Die Re torte, in der sich das Fluidmedium befindet, hat in der hier beschriebenen Ausführung eine Füllmenge von ca. 2000 kg Aluminiumoxid bei einem Retortendurchmesser von 1 m und einer Höhe von 1,5 m. Die Fluidisierung geschieht durch Inertgas (hier Stickstoff, mit Zusatz von 0 bis 10% Was serstoff), indem das Fluidgas durch einen Düsenboden das darüber befindliche Aluminiumoxidpulver anströmt und in Schwebe bringt. Retorte und Fluidbett werden indirekt be heizt, wobei je nach Bedarfsfall eine elektrische Heizung oder eine Gasheizung vorgesehen sein kann.A first main component of the device according to the invention device is an indirectly heated fluid bed reactor. The Re pie in which the fluid medium is located has in the Execution described here a filling quantity of approx. 2000 kg of aluminum oxide with a retort diameter of 1 m and a height of 1.5 m. The fluidization happens through Inert gas (here nitrogen, with addition of 0 to 10% Was serstoff) by the fluid gas through a nozzle bottom Alumina powder overlying flows in and Levitation brings. Retort and fluid bed are indirectly heats, with an electric heater as required or a gas heater can be provided.
Die in den Reaktor einzubringenden Abfallstoffe werden bevorzugt über einen vertikalen Fallschacht relativ großen Durchmessers, der mittig in der Retorte angebracht ist, zugeführt und über radial strahlenartig verlaufende Düsen fortsätze am unteren Ende des Fallschachts in der Nähe des Düsenbodens gleichmäßig abgegeben und verteilt. Von dort steigen sie unter Zersetzung bzw. Vergasung im Strom des Fluidgases auf. Dadurch sind die Stoffe beim Durchlauf durch den Fallschacht während einer gewissen Verweilzeit von einigen Sekunden Temperaturen im Bereich von 900 bis 950°C ausgesetzt und werden vorgewärmt und ggf. bereits vorvergast.The waste materials to be introduced into the reactor are preferably relatively large over a vertical chute Diameter, which is attached in the center of the retort, fed and via radially radiating nozzles continue at the bottom of the chute near the Evenly distributed and distributed nozzle bottom. From there they rise under decomposition or gasification in the stream of Fluid gas on. As a result, the fabrics are in transit through the chute during a certain dwell time from a few seconds temperatures in the range of 900 to 950 ° C exposed and are preheated and possibly already pre-gasified.
Der aus dem Reaktor austretende Prozeßgasstrom wird über einen Feststoffabscheider, z. B. einen Zyklon, geführt, dort von mitgerissenen Grobpartikeln befreit und mit einem absoluten Druck von 1,1 bar in den Nachvergasungsreaktor geführt. Die abgeschiedenen Feststoffe werden direkt in das Fluidbett zurückgeführt.The process gas stream emerging from the reactor is over a solids separator, e.g. B. guided a cyclone, there freed from coarse particles and with one absolute pressure of 1.1 bar in the post-gasification reactor guided. The separated solids are directly in the fluid bed returned.
Die Nachvergasung erfolgt in einem als elektrisch beheiz ter, zylindrischer Behälter ausgeführten Nachvergasungs reaktor mit einem Durchmesser von 0,8 m und einer Höhe von 1 m. Zwischenprodukte und Hilfsstoffe (im Regelfall Wasser oder Wasserdampf) werden zunächst in eine durch eine Loch platte vom Hauptreaktionsraum abgetrennte Vorkammer ein gegeben. In der Vorkammer bzw. bei Durchströmung durch die Lochplatte erfolgt eine Vermischung von Zwischenprodukten und Hilfsstoffen. Bei Temperaturen im Bereich von 1050 und 1150°C werden die Zwischenprodukte nachvergast. Bei den Zwischenprodukten handelt es sich zum Großteil um Brenn gase Methan, Ethan, Ethylen, Wasserstoff und CO sowie um einen geringen Anteil aus höheren Kohlenwasserstoffen.The gasification takes place in an electrically heated facility ter, cylindrical container executed post-gasification reactor with a diameter of 0.8 m and a height of 1 m. Intermediates and auxiliary substances (usually water or water vapor) are first placed in a through a hole plate antechamber separated from the main reaction space given. In the antechamber or when flowing through the Perforated plate there is a mixing of intermediate products and auxiliaries. At temperatures in the range of 1050 and The intermediate products are gasified at 1150 ° C. Both Most of the intermediate products are distillates gases methane, ethane, ethylene, hydrogen and CO as well as a small proportion of higher hydrocarbons.
Aus der Transferleitung, mit der die Zwischenprodukte und Hilfsstoffe in den Nachvergasungsreaktor eingespeist wer den, können mit Sonden Inhaltsstoffe entnommen und einem oder mehreren Analyseverfahren zugeführt werden. Diese bieten eine quantitative Grundlage für die Mengensteuerung der Hilfsstoffzugabe.From the transfer line with which the intermediates and Auxiliaries fed into the post-gasification reactor ingredients can be removed with probes and a or more analysis methods. This provide a quantitative basis for quantity control the addition of additives.
Bevorzugt wird bereits der Abfallmengenstrom eingabeseitig hinsichtlich einiger wesentlicher Parameter untersucht, zweckmäßigerweise online, d. h. in kurzen Zeitabständen (Sekundentakt o. ä.) und mit sehr kurzfristiger Verfügbar keit der Analyseergebnisse. Zweckmäßigerweise wird zumin dest Wassergehalt und Dichte bestimmt. Zusätzlich können als relevante Parameter der Gesamtkohlenstoff (TOC) sowie der Gesamthalogengehalt bestimmt werden.The waste flow is already preferred on the input side examined with regard to some essential parameters, conveniently online, d. H. at short intervals (Every second or similar) and with very short-term availability analysis results. Expediently at least least water content and density determined. In addition, you can as relevant parameters of total carbon (TOC) as well the total halogen content can be determined.
Auf der Grundlage einer ausgewählten Zielsetzung bzw. Prä ferenz der Abfallmengenverarbeitung, wobei beispielsweise (1) die vollständige Zerstörung gefährlicher Inhaltsstoffe in Frage kommt, oder (2) das Absenken des Gehalts von Py rolyse-Zwischenprodukten, oder (3) die Optimierung des Heizwertes des Produktgases oder (4) das Optimieren des H2- und Co2-Gehaltes im Produktgas, werden bestimmte Grundein stellungen ausgewählt. Dies geschieht durch Einstellung der beiden Reaktortemperaturen, Einstellung des Fluidgas stroms bzw. -durchsatzes, wodurch die Verweilzeit und das Mischungsverhalten im ersten Reaktor beeinflußt wird, der Durchsatzmenge von Abfallstoffen sowie ggf. der Durchsatz menge von Hilfsstoffen, die nachfolgend noch im einzelnen erläutert werden. Mit der Festlegung einer Grundeinstel lung ist auch eine Festlegung von Präferenzen bei sich gegenseitig ausschließenden Vorgaben verbunden. Die Fest legung der Grundeinstellung erfolgt im wesentlichen auf der Grundlage von Erfahrungswerten.Based on a selected objective or preference of waste quantity processing, whereby, for example, (1) the complete destruction of dangerous ingredients comes into question, or (2) the lowering of the content of pyrolysis intermediates, or (3) the optimization of the calorific value of the Product gas or (4) optimizing the H 2 and Co 2 content in the product gas, certain basic settings are selected. This is done by adjusting the two reactor temperatures, adjusting the fluid gas flow or throughput, which affects the residence time and the mixing behavior in the first reactor, the throughput quantity of waste materials and possibly the throughput quantity of auxiliary substances, which will be explained in more detail below. Establishing a basic setting also involves establishing preferences for mutually exclusive requirements. The basic setting is essentially based on empirical values.
Zweckmäßigerweise wird auch eine Analyse der Zwischenpro dukte durchgeführt, und zwar bezüglich der Stoffe H2, CO, CO2, N2, H2O, HCl, HBr, HF, Halogene, brennbare Gase wie Methan, Ethylen, Ethan, C-Gesamt und Staubgehalt.An analysis of the intermediate products is expediently also carried out, specifically with regard to the substances H 2 , CO, CO 2 , N 2 , H 2 O, HCl, HBr, HF, halogens, combustible gases such as methane, ethylene, ethane, total C and dust content.
Anlagentechnisch gesehen werden die einzuhaltenen Verfah rensparameter hinsichtlich Konstanz oder abzufahrender Gradienten mit bekannten Regelmechanismen (Soll-/Istwert-Abgleich, wobei Regelgrößen auf Stellglieder einwirken) geregelt.From a plant engineering perspective, the procedures to be followed General parameters regarding constancy or to be driven Gradients with known control mechanisms (target / actual value comparison, where controlled variables act on actuators) regulated.
Auf einer übergeordneten Ebene erfolgt die Berechnung, Steuerung und Regelung der Anlage in Bezug auf produktmen gen und Produktkonzentrationen sowie hinsichtlich der energetischen Optimierung. Auf einem Prozeßrechner läuft ein Berechnungsmodul zur Berechnung der thermochemischen Reaktionsgleichgewichte, das es ermöglicht, auf Grundlage der analysierten Zusammensetzung der Zwischenprodukte und einer vorgegebenen Anzahl zu erwartender oder interessierender Stoffe die Berechnung dieser Stoffe im Produktgas vorzunehmen. Auf diese Weise werden auf der Grundlage der Eingangsanalysenwerte und der aktuellen Verfahrensparame ter im Nachvergasungsreaktor (Temperatur, Druck, Verweil zeit, Hilfsstoffmengen) in kurzen Zeitintervallen, mög lichst im Takt mit der Bereitstellung der Analysenein gangswerte, die thermodynamischen Gleichgewichtslagen der Stoffgemischs im Reaktor ermittelt. Diese berechnete Gleichgewichtszustand wird als theoretischer Zustand ge speichert.The calculation takes place at a higher level, Control and regulation of the system in relation to products conditions and product concentrations as well as with regard to energetic optimization. Running on a process computer a calculation module for calculating the thermochemical Reaction equilibrium that allows it based the analyzed composition of the intermediates and a predefined number of people to be expected or interested Substances the calculation of these substances in the product gas to make. In this way, based on the Input analysis values and the current process parameter ter in the post-gasification reactor (temperature, pressure, dwell time, amounts of auxiliary substances) in short time intervals, possible as soon as possible with the provision of the analyzes initial values, the thermodynamic equilibrium positions of the Mixture determined in the reactor. This calculated Equilibrium is called the theoretical state saves.
Anschließend wird iterativ ein Grundwert für eine als Hilfsstoff zuzugebende Menge H2O oder auch H2 in Abhängig keit der zuvor festgelegten Grundeinstellung berechnet.A basic value is then iteratively calculated for a quantity of H 2 O or H 2 to be added as an auxiliary, depending on the previously defined basic setting.
Die Einflußnahme auf den Reaktionsablauf besteht somit hauptsächlich in der Zugabe von H2O und/oder H2 als Hilfs stoff in den ersten und/oder den nachgeschalteten Reaktor, in der Zufuhr von mehr oder weniger Abfall ins Fluidbett, der Einstellung des Fluidgasdurchsatzes sowie in der Rege lung der Reaktionstemperaturen.The influence on the course of the reaction thus consists mainly in the addition of H 2 O and / or H 2 as auxiliary material in the first and / or the downstream reactor, in the supply of more or less waste into the fluid bed, the adjustment of the fluid gas throughput and in the regulation of the reaction temperatures.
Der Prozeßrechner ermittelt hierbei die (theoretischen) Auswirkungen unterschiedlicher Zugaben der Hilfsstoffe. Mit denjenigen Gruppen von Werten, die hinsichtlich der stofflichen Eigenschaften dem durch Präferenzen festgeleg ten Optimum am nächsten kommen, werden die korrespondie renden Inputgrößen an Stellglieder weitergegeben, um eine tatsächliche Einleitung in den Nachvergasungsreaktor zu veranlassen.The process computer determines the (theoretical) Effects of different additives added. With those groups of values regarding the material properties determined by preferences The closest to the optimum will be the correspondence passing input variables to actuators by a actual introduction into the post-gasification reactor cause.
In einem weiteren Schritt erfolgt die Kalibrierung des Systems, d. h. die Korrektur der berechneten Hilfsstoffmen gen auf der Grundlage eines Vergleichs der berechneten, theoretischen Gleichgewichtskonzentrationswerte des Pro duktgases (Sollwerte) mit den real gemessenen bzw. analy sierten Produktgaswerten (Istwerte).The calibration of the Systems, d. H. the correction of the calculated auxiliary substances based on a comparison of the calculated theoretical equilibrium concentration values of the Pro duct gas (setpoints) with the real measured or analy based product gas values (actual values).
Da der Nachvergasungsreaktor kein idealer Reaktor ist, d. h. ein ganz bestimmtes, individuelles Verweilzeitspek trum hat, werden sich in der Praxis zwischen dem idealen und dem tatsächlichen Reaktionsverhalten Abweichungen er geben. Diese Abweichungen können systematisch korrigiert bzw. berücksichtigt werden, indem man für einzelne Bil dungsreaktionen "Hemmungs- bzw. Aktivitätskoeffizienten" eingibt.Since the post-gasification reactor is not an ideal reactor, d. H. a very specific, individual residence time spec trum will be in practice between the ideal and the actual reaction behavior deviations give. These deviations can be corrected systematically or be taken into account by looking for individual Bil reaction "inhibition or activity coefficients" enters.
Die regelungstechnische Annäherung der Ist-Werte an die als Optimum berechneten Soll-Werte erfolgt in kleinen Schritten, indem die Zugabemengen z. B. um jeweils 1% bis 10% des Grundwertes erhöht bzw. vermindert werden. Im Ver lauf dieses Annäherungsprozesses und auch bei erreichtem Optimum erfolgt eine laufende Kontrolle über den Vergleich der Produktgasanalyse.The control engineering approximation of the actual values to the Target values calculated as the optimum are carried out in small Steps by adding the z. B. by 1% to 10% of the basic value can be increased or decreased. In Ver run this rapprochement process and also when it is achieved Optimally there is ongoing control over the comparison the product gas analysis.
Weiterhin werden zur Beschleunigung der optimalen Reaktor einstellung auf der Grundlage sowohl von früheren Gleich gewichtsberechnungen als auch von empirischen Erfahrungs werten bestimmte Steuerstrategien, z. B. die als optimal gefundenen Kombinationen von Abfallstoffzusammensetzung, Verfahrensparametern und Hilfsstoffmengen, in Form einer Datenbank abgelegt. Die interative Annäherung an ein rege lungstechnisches Optimum wird im Regelfall dadurch ver kürzt.Furthermore, the optimal reactor to accelerate setting based on both previous equals weight calculations as well as empirical experience evaluate certain tax strategies, e.g. B. the optimal combinations of waste material found, Process parameters and auxiliary quantities, in the form of a Database stored. The interactive approach to a lively As a rule, the optimum in terms of lung technology is thereby ver cuts.
Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiede nen Ausführungsformen wesentlich sein.The one in the previous description, in the drawing as well as features of the invention disclosed in the claims can be used individually or in any combination for the realization of the invention in its various NEN embodiments may be essential.
Claims (25)
- a) die Verbindungen in einem ersten Schritt unter Luftab schluß bei Temperaturen zwischen 600 und 1050°C ther misch zersetzt werden, wobei Zwischenprodukte entste hen, und
- b) die Zwischenprodukte in einem zweiten Schritt bei Tem peraturen zwischen 1000 und 1200°C nachvergast werden.
- a) the compounds are thermally decomposed in a first step with exclusion of air at temperatures between 600 and 1050 ° C, resulting in intermediate products, and
- b) the intermediate products are post-gasified in a second step at temperatures between 1000 and 1200 ° C.
- a) Analysieren der zu behandelnden Stoffe bezüglich H2O-Gehalt und Dichte;
- b) Auswählen von Grundeinstellungen unter Festlegung von Präferenzen aus (1) vollständiger Zerstörung gefährli cher Inhaltsstoffe, (2) Absenken des Gehalts von Pyro lyse-Zwischenprodukten, insbesondere aromatenreicher Verbindungen unter eine bestimmte Schwelle, (3) Opti mierung des Heizwertes des Produktgases, (4) Optimieren des H2- und CO2-Gehaltes im Produktgas;
- c) thermisches Zersetzen der zu behandelnden Stoffe in einem ersten Schritt bei Temperaturen zwischen 600 und 1050°C7, wobei Zwischenprodukte entstehen,
- d) Analysieren der durch eine Grundeinstellung erzeugten Zwischenprodukte,
- e) Berechnen einer Produktgaszusammensetzung als thermody namisch-chemischer Gleichgewichtszustand der Verga sungsreaktionen im Nachvergasungsreaktor auf der Basis von Reaktionstemperatur und Reaktionsdruck und der Ana lysedaten aus d),
- f) Berechnen eines Grundwertes eines Mengenstroms H2O und/oder H2 als Hilfsstoff in Abhängigkeit von der gewählten Grundeinstellung,
- g) Zuführen des berechneten Mengenstroms an Hilfsstoffen zu den erzeugten Zwischenprodukten, alternativ anteilig zu den zu behandelnden Stoffen,
- h) Inkontaktbringen der Zwischenprodukte mit den Hilfsstoffen und Nachvergasen der Mischung zwischen 1000 und 1200°C während einer Reaktionszeit, die aus reicht, daß sich näherungsweise ein thermodynamisches Gleichgewicht einstellt, wobei Produktgase erzeugt wer den,
- i) Analysieren der Produktgase zumindest hinsichtlich der Stoffe N2, H2, CO, CO2, HCl, H2O, C-Gesamt und Heizwert,
- k) Vergleichen der Produktgas-Analysewerte mit den berech neten Gleichgewichtswerten aus Schritt e) und Bestimmen der Abweichungen,
- l) schrittweises Verändern der in f) berechneten Hilfs stoff-Mengenströme, um die Abweichungen in Schritt k) für nachfolgend zu verarbeitende Stoffmengen unter Wie derholung der Schritte a) und c) bis k) zu reduzieren und eine optimale Produktgaszusammensetzung zu erzie len.
- a) analyzing the substances to be treated with regard to H 2 O content and density;
- b) Selecting basic settings, specifying preferences from (1) complete destruction of dangerous ingredients, (2) lowering the content of pyrolysis intermediates, in particular aromatics-rich compounds, below a certain threshold, (3) optimizing the calorific value of the product gas, ( 4) optimizing the H 2 and CO 2 content in the product gas;
- c) thermal decomposition of the substances to be treated in a first step at temperatures between 600 and 1050 ° C. 7 , intermediate products being formed,
- d) analyzing the intermediate products generated by a basic setting,
- e) calculating a product gas composition as a thermodynamic-chemical equilibrium state of the gasification reactions in the post-gasification reactor on the basis of reaction temperature and reaction pressure and the analysis data from d),
- f) calculating a basic value of a quantity flow H 2 O and / or H 2 as auxiliary as a function of the selected basic setting,
- g) supplying the calculated flow of auxiliaries to the intermediate products produced, alternatively proportionally to the substances to be treated,
- h) bringing the intermediate products into contact with the auxiliaries and post-gasification of the mixture between 1000 and 1200 ° C. for a reaction time which is sufficient for a thermodynamic equilibrium to be approximately established, product gases being produced,
- i) analyzing the product gases at least with regard to the substances N 2 , H 2 , CO, CO 2 , HCl, H 2 O, total C and calorific value,
- k) comparing the product gas analysis values with the calculated equilibrium values from step e) and determining the deviations,
- l) gradual change of the auxiliary material flow rates calculated in f) in order to reduce the deviations in step k) for the subsequently processed quantities of material by repeating steps a) and c) to k) and to achieve an optimal product gas composition.
- a) einem Fluidbettreaktor zum Durchführen der Zersetzungs reaktionen,
- b) einem Nachvergasungsreaktor zur Durchführung der Ver gasungsreaktionen,
- c) einer ersten Analyseeinrichtung zum Analysieren der Zwischenprodukte,
- d) einer zweiten Analyseneinrichtung zum Analysieren des Produktgases,
- e) einer Gleichgewichtsbestimmungseinrichtung zum Bestim men der Stoffzusammensetzung im Vergasungsreaktor im Gleichgewichtszustand,
- f) einer Einrichtung zum Bestimmen eines Grundwertes eines H2O- und/oder H2-Mengenstroms als Hilfsstoff auf der Grundlage einer vorgegebenen Grundeinstellung und zur Bestimmung eines Sollwerts in Abhängigkeit von den Ab weichungen der Produktgaskonzentration von den berech neten Gleichgewichtskonzentrationen.
- a) a fluid bed reactor for carrying out the decomposition reactions,
- b) a post-gasification reactor for carrying out the gasification reactions,
- c) a first analysis device for analyzing the intermediate products,
- d) a second analysis device for analyzing the product gas,
- e) an equilibrium determination device for determining the composition of matter in the gasification reactor in the equilibrium state,
- f) a device for determining a basic value of a H 2 O and / or H 2 quantity flow as auxiliary material on the basis of a predetermined basic setting and for determining a target value depending on the deviations of the product gas concentration from the calculated equilibrium concentrations.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19750841A DE19750841A1 (en) | 1996-11-28 | 1997-11-17 | Two-stage gasification process for wastes containing organic materials |
Applications Claiming Priority (2)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19750841A1 true DE19750841A1 (en) | 1998-07-30 |
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ID=7812977
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|---|---|---|---|
| DE19750841A Ceased DE19750841A1 (en) | 1996-11-28 | 1997-11-17 | Two-stage gasification process for wastes containing organic materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19750841A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000078896A1 (en) * | 1999-06-22 | 2000-12-28 | Thermoselect Ag | Method and device for disposing of waste products |
| DE10010358A1 (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-27 | Bsbg Bremer Sonderabfall Berat | Process for gasifying combustible material comprises pyrolyzing in a first reactor with the exclusion of oxygen and introducing energy to the first reactor by introducing a part of the gaseous reaction products of the second reactor |
-
1997
- 1997-11-17 DE DE19750841A patent/DE19750841A1/en not_active Ceased
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000078896A1 (en) * | 1999-06-22 | 2000-12-28 | Thermoselect Ag | Method and device for disposing of waste products |
| DE10010358A1 (en) * | 2000-03-07 | 2001-09-27 | Bsbg Bremer Sonderabfall Berat | Process for gasifying combustible material comprises pyrolyzing in a first reactor with the exclusion of oxygen and introducing energy to the first reactor by introducing a part of the gaseous reaction products of the second reactor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: NARA INGENIEURTECHNIK UND ANLAGENBAU GMBH, 26954 N |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
| 8170 | Reinstatement of the former position | ||
| 8131 | Rejection |