DE19807988A1 - Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen Brennstoffen - Google Patents
Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen aus festen BrennstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von flüchtigen Bestandteilen
aus festen Brennstoffen, wie Kohlen aller Art, nachwachsenden Rohstoffen,
insbesondere Holz, aber auch aus Müll und anderen Abfällen mit organischen
Bestandteilen, so, wie diese in Kommunen, im Gewerbe und in der industriellen
Produktion anfallen.
Die Erfindung kann angewandt werden zur stofflich-energetischen Verwertung
dieser Brennstoffe, zur Entsorgung und Verwertung von Müll und Abfällen mit
Hilfe großer zentraler und kleiner dezentraler Anlagen, aber auch zur Aktivierung
von Kohle, vor deren energetischer Weiterverwertung.
Der Stand der Technik verfügt über eine außerordentlich große Anzahl von
Verfahren und Vorrichtungen zur stofflich-energetischen Verwertung von festen
fossilen und nachwachsenden Roh- und Brennstoffen sowie von Müll und
Abfällen. Eine Beschreibung und Klassifizierung der Verfahren des Standes der
Technik enthält
- - Jüntgen "Kohlevergasung Grundlagen und technische Anwendung", Thiemig- Taschenbücher - Band 94, Verlag Karl Thiemig, München
- - M. Born und R. Berghoff, "Vergasungsverfahren für die Entsorgung von Abfällen", Springer-VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf 1998.
Im Kapitel 3 der letztgenannten Veröffentlichung werden die bekannten Verfahren
nach verfahrenstechnischen Merkmalen unter den Begriffen "Entgasung/Pyrolyse/
Thermolyse", "Vergasung" und "Verbrennung" von B. Meyer geordnet und
definiert. Danach sind die Verfahren des Standes der Technik wie folgt gekenn
zeichnet:
- - "Entgasung/Pyrolyse/Thermolyse", Abtrennung der flüchtigen Bestandteile unter Luftabschluß bei Temperaturen von 300 bis 1.100°C und Drücken von 1 bis 10 bar, durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in Koks, Gas und Dämpfe, unter Zuführung der Prozeßwärme von außen mit Hilfe indirekter Wärmeübertragung oder direkter Wärmezuführung mit Hilfe von gasförmigen oder festen Wärmeträgern
- - "Vergasung", thermische Zerlegung der Brennstoffe autothermer Betriebs führung durch partielle Oxidation mit einem Teil des Sauerstoffes, der für die vollständige Verbrennung der organischen Anteile der Brennstoffe erforderlich wäre und/oder anderen oxidierenden Vergasungsmitteln, wie Wasserdampf und Kohlendioxid, bei allothermer Betriebsweise, in Asche oder Schlacke, die noch Kohlenstoff enthalten kann, Vergasungsrohgas, das zu Brenn-, Stadt- und Synthesegas aufbereitet werden kann und Dämpfe, insbesondere Kohlenwas serstoffe, bei Temperaturen von 800 bis 1.600°C und Drücken von 1 bis 100 bar.
- - "Verbrennung", vollständige Umwandlung der chemischen Enthalpie der Brennstoffe in physikalische Enthalpie der Verbrennungsgase durch vollständige Oxidation der organischen Bestandteile der Brennstoffe mit Sauerstoffgemischen, insbesondere mit Luft, bei Temperaturen von 800 bis 2.000°C und Drücken von 1 bis 20 bar.
Beim Stand der Technik stehen für die Abspaltung der flüchtigen Bestandteile aus
den Brennstoffen somit die Entgasungs-, Pyrolyse- und Thermolyseverfahren zur
Verfügung, die wegen der Zuführung der notwendigen Prozeßwärme von außen
einen hohen apperativen Aufwand haben.
Das Ziel der Erfindung ist die Reduzierung des erforderlichen apparativen Auf
wandes bei der Abtrennung der flüchtigen Bestandteile aus festen Brennstoffen
durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in Koks, Gas und Dämpfe, wie sie
beim Stand der Technik durch "Entgasung/Pyrolyse/Thermolyse"-Verfahren
erreicht wird.
Die Aufgabe der Erfindung, mit deren Lösung das Ziel erreicht wird, besteht darin,
die beim Stand der Technik erforderliche Zuführung der Prozeßwärme von außen
zu vermeiden.
Im Rahmen eigener experimenteller Untersuchungen wurde gefunden, daß die
erfindungsrelevanten Brennstoffe mit Sauerstoff, in Form von Luft oder in
Mischung, vorzugsweise mit Wasserdampf und Kohlendioxid bei Umgebungs- und
erhöhtem Druck bereits bei deutlich niedrigeren Temperaturen stabil exotherm
reagieren, als bei Vergasungsverfahren des Standes der Technik erforderlich.
Darauf aufbauend, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die flüchtigen Bestand
teile der Brennstoffe durch Teilvergasung im Niedertemperaturbereich von 350 bis
800°C und unter Drücken von 1 bis 100 bar in Reaktoren abzutrennen und die
Brennstoffe auf diese Art in Koks, Gas und Dämpfe thermisch zu zerlegen, wobei
die Brennstoffe vorzugsweise in ein mechanisch oder pneumatisch bewegtes
Koksbett, einen Koksförderstrom oder eine Koksflugwolke eingemischt werden,
welche im wesentlichen aus dem Koks des Brennstoffes bestehen und denen so
viel Sauerstoff, in Form von Luft und/oder in Mischung mit Wasserdampf und/oder
Kohlendioxid zugeführt wird, daß die Temperatur des Kokses dem vorgegebenen
Bereich entspricht, bei gleichzeitiger getrennter Abführung von Koks einerseits
und von Gas-/Dampf-Gemisch andererseits aus den Reaktoren.
Erfindungsgemäß werden die Temperaturgradienten im Koksbett, in der
Flugwolke oder im Förderstrom unter 500°K eingestellt, durch großflächigen, ggf.
zyklischen Eintrag des Sauerstoffes in den Koks, durch den Anteil von Wasser
dampf und Kohlendioxid in Sauerstoff oder der Luft und durch die Intensität der
mechanischen und/oder pneumatischen Vermischung des eingetragenen
Brennstoffes mit dem Koks und des Kokses selbst.
Es ist weiterhin erfindungsgemäß die festen Brennstoffe, den Müll oder die Abfälle
vor der Teilvergasung mit flüssigen und/oder gasförmigen Abfällen und/oder
Schadstoffen zu beladen.
Der wirtschaftliche und technische Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch
die Vermeidung der Zuführung der Prozeßwärme von außen der apparative
Aufwand für die Abtrennung der flüchtigen Bestandteile aus den Brennstoffen
durch thermische Zerlegung der Brennstoffe in Koks, Gas und Dämpfe um
annähernd 50% sinkt. Das ist eine wesentliche Voraussetzung für die weitere
Durchsetzung neuer Konzepte für die stofflich-energetische Verwertung von
nachwachsenden Rohstoffen und für die Integration leistungsfähigerer Kohle
vergasungsverfahren in GuD-Kraftwerke und für die Abfallverwertung.
Die Ausführung der Erfindung soll nachstehend mit zwei Beispielen beschrieben
werden.
Die technische Aufgabe dieses Beispiels ist die Abtrennung der flüchtigen
Bestandteile aus Holzspänen, die stofflich und energetisch verwertet werden
sollen. Die Beschreibung des Beispieles erfolgt mit Hilfe Fig. 1, die eine
geeignete Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
darstellt.
Die für die Verwertung zur Verfügung stehenden trockenen Holzspäne werden mit
einer Stopfschnecke 1, die die Vorrichtung luftdicht von der Umgebung abschließt,
in den Füllschacht 2 eines stationären zylindrischen Reaktors 3 gefördert. Im
Reaktor 3 befindet sich eine 500°C heiße Holzkohleschüttung 4, die ca. die Hälfte
des Zylindervolumens des Reaktors 3 ausfüllt und mit Wendeelementen 5, die auf
der Welle 6 befestigt sind, umgewälzt wird. Die Einstellung der Wendeelemente 5
ist so, daß die Holzkohle teilweise gegenläufig transportiert wird. Die Welle wird
mit 1 bis 30 Umdrehungen pro Minute in Abhängigkeit des Temperaturprofiles in
der Holzkohleschüttung 4 bewegt. Gleichzeitig wird so viel Sauerstoff, im Beispiel
bei 50°C wasserdampfgesättigte Luft, über Kammern 7, die von der Reaktorwand
8 und einer gasdurchlässigen Sinterplatten 9 gebildet werden, in die Holzkohle
schüttung 4 eingeblasen, daß die mittlere Temperatur der Holzkohleschüttung der
vorgegebenen Reaktionstemperatur von 500°C entspricht. Das aus der Holz
kohleschüttung austretende Gas, das die flüchtigen Bestandteile des Holzes, also
auch Teer enthält, wird über den Gasaustritt 10 und die ausgegarte Holzkohle
über das in der Höhe verstellbare Wehr 11 und den Austrittsstutzen 12 aus dem
Reaktor abgeleitet und der weiteren Verwendung, z. B. einer Vergasung zugeführt,
in der das teerhaltige Gas in einer ersten Prozeßstufe zu heißem Vergasungs
mittel verbrannt wird, welches in einer zweiten Prozeßstufe mit der Holzkohle
endotherm zu teerfreiem Brenngas für Gasturbinen und -motoren reagiert.
Die technische Aufgabe dieses Beispiels ist die Abtrennung flüchtiger Bestandteile
aus Brennstaub, der aus Gasflammkohle hergestellt wurde. Gelöst wird die Auf
gabe erfindungsgemäß, indem der Brennstaub und 500°C heißer Feinkoks, der
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, über eine pneuma
tische Fördereinrichtung 1 vermischt und mit Hilfe eines Luft-Wasserdampf-
Gemisches in einen Zyklon 2 eingeblasen werden. Der Brennstaub und der
Feinkoks reagieren mit dem Sauerstoff der Luft und dem Wasserdampf so, daß
bei annähernd isothermer Prozeßführung bei 500°C die flüchtigen Bestandteile
aus dem Brennstaub ausgetrieben werden und Feinkoks sowie staub- und
teerhaltiges Gas entstehen. Das staub- und teerhaltige Gas wird über den Austritt
3, z. B. einer Hochtemperaturvergasung zugeführt und dort exotherm zu 1.500°C
heißem Vergasungsmittel vergast, wobei die Teere vollständig in Gas umgewan
delt werden. Der Feinkoks aus dem Zyklon fließt in das Sammelgefäß 4 und von
dort über die Schleuse 5 zur pneumatischen Förderstation 6. Ein Teil des heißen
Feinkokses wird aus der Förderstation 6 der Fördereinrichtung 1 zugeführt und
damit im Kreise gefahren, während der überschüssige Anteil des Feinkokses
ebenfalls pneumatisch aus der Förderstation 6 entnommen wird und, z. B., einem
Reaktor zugeführt wird, indem das aus dem staub- und teerhaltigen Gas
hergestellte Vergasungsmittel mit dem Feinkoks endotherm zu teerfreiem
Brenngas reagiert, das z. B., als Gasturbinenbrennstoff verwendet werden kann.
Claims (3)
1. Verfahren zur Abtrennung flüchtiger Bestandteile aus festen Brennstoffen, wie
Kohlen aller Art, Müll und anderen organischen Abfällen durch thermische
Zerlegung der Brennstoffe in ihre flüchtigen Bestandteile und Koks, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brennstoffe in einem Reaktor einer Teilvergasung bei
Betriebstemperaturen von 350 bis 800°C und unter Drücken von 1 bis 100 bar
unterzogen und dabei in Koks, Gas und Dämpfe thermisch zerlegt werden,
indem die Brennstoffe vorzugsweise in einem mechanisch oder pneumatisch
bewegten, unter Betriebstemperatur befindlichem Koksbett, einer
Koksflugwolke oder einem Koksförderstrom zugemischt werden, welche im
Wesentlichen aus dem Koks des Brennstoffes bestehen und denen so viel
Sauerstoff, in Form von Luft und/oder in Mischung mit Wasserdampf und/oder
Kohlendioxid zugeführt werden, daß die Temperatur des Kokses dem
vorgegebenen Temperaturbereich entspricht, bei gleichzeitiger getrennter
Abführung von Koks einerseits und von Gas-/Dampf-Gemisch andererseits aus
dem Reaktor.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur
gradienten im Koksbett, dem Koksstrom oder der Flugwolke unter 500°K
eingestellt werden, durch großflächige, ggf. zyklische Zugabe des Sauerstoffes
zum Koks, durch den Anteil von Wasserdampf und Kohlendioxid in Sauerstoff
oder der Luft und durch die Intensität der mechanischen und/oder pneumati
schen Vermischung des eingetragenen Brennstoffes mit dem Koks und des
Kokses selbst.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Brennstoffe vor ihrer Vermischung mit dem Koks mit flüssigen und/oder
gasförmigen Abfällen und/oder Schadstoffen beladen weren.
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|---|---|
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