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WO2001062873A1 - 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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WO2001062873A1
WO2001062873A1 PCT/DE2001/000401 DE0100401W WO0162873A1 WO 2001062873 A1 WO2001062873 A1 WO 2001062873A1 DE 0100401 W DE0100401 W DE 0100401W WO 0162873 A1 WO0162873 A1 WO 0162873A1
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WO
WIPO (PCT)
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shaft
waste
waste materials
melting
oxygen
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/DE2001/000401
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Ulrich Feustel
Joachim Mallon
Michael Schaaf
Klaus Scheidig
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
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Priority to DE10190606T priority patent/DE10190606D2/de
Priority to EP01921139A priority patent/EP1583811B1/de
Priority to AT01921139T priority patent/ATE444349T1/de
Priority to AU2001248252A priority patent/AU2001248252A1/en
Publication of WO2001062873A1 publication Critical patent/WO2001062873A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
    • C10J3/26—Arrangements or dispositions of valves or flues to permit flow of gases or vapours other than upwardly through the fuel bed downwardly
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • 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
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    • C10J3/16—Continuous processes simultaneously reacting oxygen and water with the carbonaceous material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
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    • C10J2200/15—Details of feeding means
    • C10J2200/152—Nozzles or lances for introducing gas, liquids or suspensions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
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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
    • C10J2300/0946—Waste, e.g. MSW, tires, glass, tar sand, peat, paper, lignite, oil shale
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    • C10J2300/00—Details of gasification processes
    • 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 melting gasifier and a method for the thermal treatment and recycling of waste of various types,
  • Charging via gout i.e. The usual supply of material into the furnace shaft from the top when casting cast iron or pig iron is normally excluded for organic waste. The waste materials are then subjected to normal pyrolysis and enrich the blast furnace gas with pyrolysis products.
  • the OxiCup developed by the company Küttner in Essen is a hot wind cupola furnace with increased use of oxygen, 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 foundnes and steel plants",
  • This arrangement and design of the individual furnace sections is intended to ensure an undisturbed process flow in the material and / or energy recovery of different feed materials with different consistency and different softening intervals, in which, on the one hand, the gas velocities in the area of the two
  • DE 40 30 554 AI discloses a method and an apparatus for the thermal treatment of waste materials in a reaction container.
  • the reaction container should be able to remove all dusty, lumpy, solid, pasty, pasty and / or liquid waste materials by burning, gasification and melting in an environmentally neutral manner.
  • the procedure should also depend on
  • reaction container Material and the reaction process up to 10 bar pressure can work effectively.
  • process stages of thermal waste treatment such as a pyrolysis device or sludge drying are assigned to the reaction container. It is fundamental to the process that in the aggregate divided into the upper and lower furnace, at least one combustion and
  • the object of the present invention is therefore to provide a shaft-melting gasifier under normal pressure which can be implemented with little expenditure on plant and safety technology and a method for carrying out a thermal treatment and recycling of waste of different types, consistency and composition, which is not the
  • the raw gas produced is independent of the amount and composition of waste material free of organic pollutants, without organic pyrolysis oils and / or tar compounds.
  • the object is further developed by the method mentioned at the outset by the features of independent claim 1 and the shaft-melting gasifier by the features of claim 7.
  • An object of the present invention is accordingly a shaft melting carburetor which is characterized in that a shaft part forming the hearth with tapping devices and immediately afterwards several differently shaped cylindrical shaft parts are arranged on a base plate, the conical shaft part protruding into the shaft-expanding shaft part and thus forms a bulk-free room with suction devices.
  • Several injectors distributed over the circumference are arranged in the shaft part above the hearth.
  • the suction devices (10) are designed as quenches, steam boilers, spray absorbers or hot filters.
  • the conical shaft part (7) is double-walled for heating. This heating can optionally be carried out with a hot wind or other heat carriers such as done with thermal oil.
  • the base plate (1) and the shaft parts (2; 6) are supplied with a refractory material (15) inside the furnace.
  • Another object of the present invention is a method for the thermal treatment and recycling of waste materials of different types
  • Consistency and composition such as B. contaminated waste wood. Waste tires, industrial / commercial waste materials, domestic and bulky waste as well as substitute fuels generated from these waste materials in the shaft melting gasifier according to the invention, in which
  • waste materials and aggregates are introduced directly to the high-temperature zone (H) after burning the manhole melting gasifier via the manhole parts (8; 7)).
  • thermochemical conversion reactions are passed as a part of the raw gas with the sinking, not completely burned organic constituents of the waste material through suction devices (10) in a direct current towards the hearth (2) and are subject to pyrolytic decomposition,
  • the pyrolysis coke which forms during the settling time in the reduction / cracking zone (Z) is burned with oxygen to form further gaseous reaction products as raw gas, slag and metal collecting in the hearth (2) and all of the raw gas is simultaneously extracted in countercurrent, cocurrent and transversely to the directions of flow of the furnace gases between the high-temperature zone (H) and the reduction / cracking zone (Z).
  • the resulting raw gas consists of the gaseous reaction products CO, C0 2 , H 2 , H 2 O and, depending on the analysis of the waste materials used, from trace components, such as CS 2 , COS, SO 2 , NOx, H 2 S and HC1 ,
  • Combustion air introduced instead of oxygen, or combustion air and oxygen in a mixture.
  • the gas which is produced in the reduction / cracking zone (Z) is sucked out of the bed at a temperature of at least 800 ° C. with simultaneous shock cooling and passed into a gas industry for further treatment.
  • FIG. 1 The schematic representation shows a coke-heated shaft melting
  • Carburetor It is shown that a shaft part 2 with tapping devices 3 for slag and iron forming the hearth is placed on a base plate 1, immediately afterwards several cylindrical shaft parts 4 of different designs; 5; 6; 7 and 8 are arranged, the conical shaft part 6 protruding into the shaft-expanding shaft part 4 and thus forming a bed-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, several each around the circumference distributed injectors 9; 14 are arranged.
  • Consistency and composition are those from the group of contaminated waste wood, waste tires, industrial / commercial waste, household and bulky waste or similar.
  • the base plate 1 and the shaft parts 2; 6 are supplied with a refractory material 15, a level indicator 16 is arranged on the conical shaft part 8, the piece of the shaft part 6 protruding into the bulk-free space 11 has a water cooling 12 and the conical shaft part 7 is double-walled for heating with hot wind or other heat carriers such as thermal oil is.
  • the adjacent edge of the bed in this shaft area can be heated to temperatures of up to 300 °, as a result of which the condensation point of the pyrolysis oils and tar products shifts into the core of the bed.
  • the shaft melting carburetor dimensioned for a throughput of approx. 1 t / h, is filled with metal parts, railway sleepers and chipboard with filling coke up to approx. 500 mm above the injectors 14 before the start of the process.
  • the burning is carried out with natural pull and, if necessary, with the aid of oxygen by means of the injectors 9; 14.
  • Burning this means that the filler coke is burnt out and incandescent, the feed is placed, which consists of the additions of 0.04 t / h coke and 0.04 t / h lime as well as 1 t / h waste wood with metal parts, railway sleepers and chipboard , by means of the exposure device 18 via the shaft parts 8: 7 directly to the high-temperature zone H.
  • the shaft-melting carburetor is up to
  • Level indicator 16 filled and the injectors 9; 14 and the quenches, steam boilers or spray absorbers 10 used as suction devices are put into operation.
  • High temperature zone H the organic components contained in the waste materials react with the injected oxygen.
  • the mineral and metallic components of the waste materials melt and flow or drip downwards.
  • the hot gaseous reaction products formed by thermochemical conversion reactions with the sinking, incompletely or not completely burned organic constituents of the waste material are passed through the quench or spray absorber 10 in cocurrent towards the hearth 2 and are subject to pyrolytic decomposition.
  • the pyrolysis coke which forms in the reduction / cracking zone Z during the settling time is burned by the oxygen introduced by the injectors 9, with slag and metal collecting in the hearth 2.
  • the oxygen introduced by the injectors 9 is important Consider the prerequisite for the entire process of melt gasification With the combustion of the pyrolysis coke, the energy requirement of the system can be ensured in such a way that the flowability of metal and slag is guaranteed with normal use of coke and the temperatures required for the pyrolysis and the reduction work in the pyrolysis coke bed are maintained become. This creates the prerequisites for complete thermal decomposition of both the introduced and the temperature-related, gaseous organic pollutants formed during the process.
  • the raw gas consists of the gaseous gases formed in zones H and Z.
  • the quenches or spray absorbers 10 convey approx. 1600 NmVh of raw gas, which contains 334 1 / h of water, which is condensed out. 1183 NmVh of fuel gas with a heating output of 2.99 MW and a heating value of 2.5 KWh / m 3 with about 20% H 2 , 54% CO, 9% CO 2 and approx 2 generated.
  • This fuel gas can be used for example by a combined heat and power plant.
  • approx. 230 m 3 / h of false air are sucked in from the filling through the bed, so that gas escapes from the
  • Furnace shaft is safely prevented.
  • Approximately 0.09 t / h of metallic and approx. 0.07 t / h of mineral components of the waste materials are drawn off from the shaft-melting gasifier by the tapping devices 3. All raw gaseous organics and gas components completely become CO, CO 2 , H 2 , H 2 O and, depending on the analysis of the waste materials used, trace components such as
  • the resulting gas is extracted from the bed at temperatures of at least 800 ° C and sent to a gas industry for further processing.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Behandlung und Verwertung von Abfallstoffen unterschiedlicher Art, Konsistenz und Zusammensetzung, wie schadstoffbelastetes Altholz, Altreifen, Industrie-/Gewerbeabfallstoffe, Haus- und Sperrmüll, und einen Schacht-Schmelz-Vergaser zur Durchführung des Verfahrens. Erreicht wird dies, indem die Abfallstoffe nach dem Anbrennen im Schacht-Schmelz-Vergaser direkt in die Hochtemperaturzone H eingebracht werden. Hier reagieren die in den Abfallstoffen enthaltenen organischen Bestandteile mit dem Sauerstoff. Die Reaktionsprodukte werden mit den restlichen Abfallstoffen im Gleichstrom in den Herd gesaugt. Die nicht vollständig verbrannten organischen Bestandteile der Abfallstoffe unterliegen einer pyrolytischen Zersetzung. Es bildet sich Pyrolysekoks, der in der Reduzier-/Crackzone Z mit Sauerstoff verbrannt wird, und das Rohgas wird zwischen den Zonen 11 und 7 abgesaugt.

Description

Schacht-Schmelz- Vergaser und ein Verfahren zur thermischen Behandlung und
Verwertung von Abfallstoffen
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 Oxi Cup- 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 Überschussgas- absaugebene 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 material- spezifischen 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 A 1 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 durchgefühlt 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 Durchfuhrung 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 Ausfuhrungsform 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 angeordneter 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, C02, H2, H2O sowie abhängig von der Analyse der eingesetzten Abfallstoffe aus Spurenkomponenten, wie CS2, COS, SO2, NOx, H2S und HC1.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren wird die
Verbrennungsluft anstelle des Sauerstoffs, oder Verbrennungsluft und Sauerstoff im Gemisch eingebracht.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform des Verfahrens wird 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.
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 normalen 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 NmVh Rohgas, das 334 1/h Wasser enthält, welches auskondensiert wird. Von einer nicht dargestellten Gasreinigung werden somit 1183 NmVh 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 HC1 reduziert. Das entstandene Gas wird mit Temperaturen von mindestens 800 °C aus der Schüttung abgesaugt und in eine Gaswirtschaft zur Weiterverarbeitung geleitet.

Claims

Patentansprüche
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 (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 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 ReduzierVCrackzone (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 HC1 besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Vorbren- nungsluft anstelle des Sauerstoffs eingebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Vorbren- nungsluft 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
ReduzierVCrackzone (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.
0. Schacht-Schmelz- Vergaser nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtungen ( 10) Dampfkessel sind.
. Schacht-Schmelz- Vergaser nach Anspruch 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das in- den Schachtteil (4) ragende Stück des Schachtteiles (6) eine Wasserkühlung (12) hat.
. Schacht-Schmelz- Vergaser nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die konische Schachtteil (7) zur Beheizung mit Heisswind oder anderen Wärmeträgern wie Thermoöl, doppel wandig ausgeführt ist.
^ Schacht-Schmelz- Vergaser nach Anspruch 6 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Ofeninneren die Grundplatte (1 ) und die Schachtteile (2;6) mit einem feuerfesten Material (15) zugestellt sind.
. Schacht-Schmelz- Vergaser nach Anspruch 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, das an dem konischen Schachtteil (8) eine Füllstandsanzeige (16) angeordnet ist.
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