DE19848926A1 - Vorrichtung zur Umwandlung kondensierbarer, energetischer Prozeßgase in unkondensierbare Prozeßgase - Google Patents

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist geeignet, kondensierbare Anteile, der in apparativen Einheiten der Ent- und/oder Vergasungstechnik entstehenden Prozeßgase ohne Heizwertverlust in unkondensierbare Gase umzuwandeln. Dies geschieht in einem Crackofen, in dem die Prozeßgase bis zur Cracktemperatur aufgeheizt werden. Die Beheizung erfolgt mit Verbrennungsgas, das unter Einsatz eines Teilstroms des eigengewonnenen Reingases erzeugt wird. DOLLAR A Das Problem, im Crackofen temperaturbedingt verflüssigte, vom Prozeßgas mitgeführte Asche, wird derart gelöst, daß die flüssige Asche in den Gaserzeuger zurückfließt und dort mit dem Hauptascheanteil ausgeschieden wird. In einer nachgeschalteten Mischkammer erfahren temperaturbedingt erweichte und weiterhin mitgeführte Ascheteile eine Verfestigung durch Zumischung kalten Reingases. Die Grobabscheidung der verfestigten Ascheanteile übernimmt ein nachgeschalteter Heißzyklon. Die Nachentstaubung erfolgt nach Passieren einer weiteren Kühlstufe im Gewebefilter. Der Wärmeinhalt der verschiedenen Gasströme wird zur Vorwärmung aufzuheizender, kalter Gasströme benutzt. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Vorrichtung liefert ein ohne Heizwertverlust umgewandeltes, unkondensierbares, energetisches Gas, das als uneingeschränkt transport- und speicherfähig zu bezeichnen ist und für den Betrieb von Gasmotoren, Gasturbinen oder auch als Synthese- oder Brenngas zum Einsatz kommen kann.

Description

Nach dem Stand der Technik sind für die bei der Ent- und/oder Vergasung organischer Stoffe aus dem Entgasungsprozeß entstehenden, kondensierbaren Gase im Rahmen der Verwertung besondere Maßnahmen zu treffen.

Als erste Variante ist die spontane Verbrennung der Gase im Sinne einer energetischen Verwertung zu sehen. Zur Erzeugung elektrischer Energie ist der Verbrennung ein Abhitzekessel nachzuschalten. Der dort erzeugte Prozeßdampf wird zum Betrieb eines Dampfmotors oder einer Dampfturbine eingesetzt, deren kinetische Energie durch einen Generator in elektrische Energie umgewandelt wird. Die in diesem Sytem gewinnbare elektrische Energie bei kleinen und mittleren Anlagen ist vergleichsweise gering.

Sollen die Prozeßgase mit kondensierbaren Anteilen im Interesse der Erzielung eines höheren elektrischen Wirkungsgrades in Gasmotoren oder Gasturbinen eingesetzt werden, so sind sie vor dem Einsatz einer Crackung zu unterziehen. Nach dem Stand der Technik erfolgt dies durch eine Glutbettpassage der Gase oder im Kontakt mit einer sogenannten "heißen Flamme". In beiden Fällen wird der Heizwert des Prozeßgases deutlich verringert, da zwangsläufig Verbrennungsgas (H₂O + CO₂) zugemischt wird.

Das Problem bei der Verwertung von Prozeßgasen mit kondensierbaren Anteilen aus der Entgasung organischer Stoffe ist durch die eingeschränkte Verwertung der Gase als Brennstoff oder im Falle der Crackung nach dem Stand der Technik durch einen deutlichen Heizwertverlust charakterisiert.

Die ausschließliche Erzeugung von Prozeßwärme ist zwar ohne besondere Wirkungsgradverluste möglich, diese ist jedoch in der betrieblichen Praxis nur stark eingeschränkt nutzbar. Das Hauptziel eines Gesamtprozesses muß deshalb in der Gewinnung elektrischer Energie gesehen werden.

Die Lösung des Problems wird durch den Patentanspruch 1:
". . . daß Gase aus einem Vorprozeß der Ent- und/oder Vergasung zur Aufhei­ zung bis zur Cracktemperatur von etwa 1.200°C in einem Crackofen indirekt beheizte Rohre durchströmen, um die in den Prozeßgasen enthaltenen, konden­ sierbaren Anteile ohne Heizwertverlust in unkondensierbare Gase umzuwandeln, . . .".
erreicht. Es handelt sich dabei um ein transport- und speicherfähiges, energetisches Gas.

Die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Verbindung mit allen, dem Stand der Technik entsprechenden apparativen Einheiten, in denen organische Fest- und Flüssigstoffe dem Ent- und/oder Vergasungsprozeß unterzogen werden, möglich. Als Beispiele seien genannt: Drehrohr, Rost, Wirbelbett, Autoklav, Band-, Muffel- oder Schachtofen.

In Einrichtungen dieser Art kommen im Rahmen ihrer energetischen Verwertung in verstärktem Maße organische Reststoffe aus dem Bereich der Siedlungs- und Industrieabfälle zum Einsatz. Da Stoffe dieser Art in der Regel einen vergleichsweise niedrigen Heizwert besitzen, ist eine in bezug auf die Energie weitgehend verlustarme Verfahrenstechnik besonders vorteilhaft. Fig. 1 zeigt ein wie folgt beschriebenes Funktionsbeispiel.
Aus einem Ent- und/oder Vergasungsreaktor (1), der unter dem Abschnitt "An­ wendung" vorbeschriebenen Art strömen Prozeßgase (2) mit einsatzstoffbezo­ genen Anteilen gasförmiger, kondensierbarer Kohlenwasserstoffe durch das Rohr­ bündel des Crackofens (3), werden dort durch Verbrennungsgase aus dem Bren­ ner (4) bis zur Cracktemperatur von etwa 1.200°C aufgeheizt.
Anschließend erreichen sie die Mischkammer (5), in der durch Zumischung kalter Reingase (6) die Gastemperatur soweit reduziert wird, daß temperaturbedingt erweichte, aber nicht flüssige, im Gasstrom mitgeführte Feststoffpartikel soweit verfestigt werden, daß ihre Abscheidung möglich ist. Während des Aufheizprozes­ ses verflüssigte Ascheanteile fließen in den Gaserzeuger (1) zurück und werden mit der dort anfallenden Asche ausgetragen.
Zur Vorabscheidung passieren die Prozeßgase einen Heißzyklon (8), in dem ein Großteil der mitgeführten Asche abgeschieden wird. In der zweiten Kühlstufe (9) erfolgt die Temperaturabsenkung der Prozeßgase, um in einem nachgeschalteten Gewebefilter (10) die Nachentstaubung durchführen zu können.
Die so gewonnenen, unkondensierbaren, entstaubten Gase können direkt oder je nach Schadstoffpotential der Einsatzstoffe nach chemisch-reaktiver Reinigung (Enthalogenisierung, Entschwefelung) zum Betrieb von Gasmotoren und Gastur­ binen eingesetzt oder als Brennstoff oder als Synthesegas verwertet werden.
Im Interesse einer weitestgehenden Energienutzung wird zur Erzeugung des Heiz­ gases für den Crack-Ofen (3) ein Teilstrom des Reingases (12) eingesetzt, das in der zweiten Kühlstufe (9) vorgewärmt wurde. Die für den Brenner (4) benötigte Verbrennungsluft (13) wird in einem Wärmetauscher (14) durch den Abstrom des Beheizungsgases (15) des Crackofens (3) ebenfalls vorgewärmt.
Als Zusatzeinrichtung wird die alternative Eindüsung von Wasserdampf (16) in die prozeßgasführenden Rohre des Crackofens vorgesehen, um durch die endother­ me Wassergasreaktion den Crackprozeß zu unterstützen, beziehungsweise zu beschleunigen.
In einem externen Dampferzeuger kann die Restwärme des Abstroms (17) des Beheizungsgases für den Crackofen (3) zur Vorwärmung oder zur Deckung eines Wärmebedarfs im Bereich einer Gesamtanlage eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Umwandlung von kondensierbaren, ungereinigten Gasen aus der Ent- und/oder Vergasung organischer Fest- oder Flüssigstoffe in unkon­ densierbare Prozeßgase, dadurch gekennzeichnet, daß Gase aus einem Vorprozeß der Ent- und/oder Vergasung zur Aufheizung bis zur Cracktemperatur von etwa 1.200°C in einem Crack-Ofen indirekt beheizte Rohre durchströmen um die in den Prozeßgasen enthaltenen, kondensierbaren Anteile ohne Heizwertverlust in unkondensierbare Gase umzuwandeln, wobei die in den Prozeßgasen mitgeführte, temperaturbedingt verflüssigte Asche in den Reaktor des Vorprozesses zurückfließt, mit der dort entstehenden Asche aus­ getragen wird und im Gasstrom mitgeführte, nicht flüssige, jedoch temperatur­ bedingt erweichte Aschepartikel in einer nachgeschalteten Mischkammer durch zugeführtes, kaltes Reingas in erster Kühlstufe verfestigt werden, um sie in einem nachgeordneten Heißzyklon abzuscheiden und die Prozeßgase nach Durchlaufen einer zweiten, systemintegrierten Kühlstufe und gegebenenfalls konventioneller Nachreinigungsstufen vorzugsweise zum Betrieb von Gasmotoren oder Gas­ turbinen zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Eintrittsbereich der Rohre des Crack-Ofens Wasserdampf zugeführt wird, um durch die endotherme Wassergasreaktion die Crack-Prozesse in bezug auf die kondensierbaren Gasanteile zu unterstützen und zu beschleunigen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre im Crack-Ofen vorzugsweise aus keramischen Material bestehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßgase alternativ die Rohrzwischenräume durchströmen und die Rohre das als Heizgas eingesetzte Verbrennungsgas führen und damit bei der Wär­ meübertragung als Strahlrohre wirksam werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Beheizung des Crack-Ofens eingesetzte Verbrennungsgas unter Ein­ satz eines Teilstroms eigenerzeugten, vorgewärmten Reingases erfolgt, wobei die Vorwärmung im Rahmen der zweiten Kühlstufe der Prozeßgasbehandlung erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der zur Beheizung des Crack-Ofens eingesetzten Verbren­ nungsgase Verbrennungsluft zum Einsatz kommt, die über einen Wärmetauscher im Verbrennungsabgasstrom des Crack-Ofens vorgewärmt wurde.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugten Reingase als Brenngas oder Synthesegas zum Einsatz kommen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsabgas des Crack-Ofens, das der Aufheizung der Verbren­ nungsluft diente, im Gesamtsystem, in das die erfindungsgemäße Vorrichtung inte­ griert wurde, in bezug auf seinen Wärmerestinhalt energetisch genutzt wird.