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DE4238934A1 - Verfahren zur Vergasung organischer oder organische Materialien enthaltende Roh- und Abfallstoffe - Google Patents

Verfahren zur Vergasung organischer oder organische Materialien enthaltende Roh- und Abfallstoffe

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DE4238934A1
DE4238934A1 DE19924238934 DE4238934A DE4238934A1 DE 4238934 A1 DE4238934 A1 DE 4238934A1 DE 19924238934 DE19924238934 DE 19924238934 DE 4238934 A DE4238934 A DE 4238934A DE 4238934 A1 DE4238934 A1 DE 4238934A1
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DE
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gas
gasification
fines
waste
thermal pretreatment
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DE19924238934
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Manfred Dr Schingnitz
Peter Dr Goehler
Heinz Martin
Monika Barchmann
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NOELL ENERGIE- UND ENTSORGUNGSTECHNIK GMBH, 09599
Original Assignee
NOELL DBI ENERGIE ENTSORGUNG
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung organischer oder organische Materialien enthaltender Roh- und Abfallstoffe auf der Grundlage eines Flugstromvergasungsverfahrens. Geeignet ist das Verfahren zur Verwertung von organischer oder organische Materialien enthaltende Stoffe unterschiedlicher Beschaffenheit und Herkunft, unabhängig vom Grad ihrer Belastung mit Schwermetallen und toxischen organischen bzw. chlororganischen Verbindungen durch Erzeugung eines sauberen, vielseitig stoffwirtschaftlich und energetisch einsetzbaren Gases. Insbesondere ist das Verfahren einerseits zur umweltgerechten Verwertung von Abfallstoffen wie Hausmüll, kunststoffhaltige Industrieabfälle, Altpapier, beschichtete Holzabfälle, Shredder-Leichtgut der Altauto- Aufbereitung, andererseits zur energetischen und stoffwirtschaftlichen Verwertung nachwachsender Rohstoffe wie Stroh, Schilf oder schnellwachsende Hölzer geeignet.
Es ist bekannt, solche Stoffe einer Vergasung zu unterziehen. Eine für diese Zwecke anwendbare Technik der Vergasung ist die partielle Oxidation mit Sauerstoff im Flugstrom. Hierbei wird das zu vergasende Material mit dem Sauerstoff in Form einer Flammenreaktion, vielfach auch unter erhöhtem Druck, in ein kohlenmonoxid- und wasserstoffreiches Gas umgewandelt. Der Prozeß läuft unter solchen Temperaturen ab, daß die mineralischen Bestandteile der zu vergasenden Materialien bereits primär eine schmelzflüssige Schlacke bilden, die bei der Abkühlung und bei Kontakt mit einem Wasserbad zu einem glasartigen Schlackengranulat erstarrt. Im eluationsfesten Schlackengranulat ist ein beachtlicher Anteil des Schwermetallinhaltes der eingesetzten Stoffe eingebunden. Unter den Bedingungen der Vergasung werden primär im Einsatzgut enthaltene chlororganische Verbindungen vollständig umgesetzt, wobei der Chlorinhalt zu Chlorwasserstoff bzw. zu nichttoxischen anorganischen Chloriden umgewandelt wird. Damit ist das erzeugte Gas auch frei von Dioxinen und Furanen. Das erzeugte Gas kann nach mechanischer Reinigung und Abkühlung des praktisch vollständig zu Schwefelwasserstoff umgesetzten Schwefelinhaltes für energetische Zwecke, zum Betreiben von Gasturbinen und Gasmotoren sowie auch als Synthesegas eingesetzt werden.
DE 201 064 beschreibt ein solches Verfahren und eine Vorrichtung zur Druckvergasung staubförmiger Brennstoffe.
Als Nachteil der Vergasung im Flugstrom erweist es sich, daß das Einsatzgut für den Vergasungsprozeß in einer fließfähigen Form vorliegen muß, um eine kontinuierliche und gut regelbare Einspeisung in den Vergasungsreaktor zu erreichen. Als fließfähige Materialien sind gasförmige und flüssige Stoffe, pumpfähige Suspensionen von feinzerkleinerten Feststoffen in Flüssigkeiten, aber auch in einem Trägergas suspendierte staubförmige feste Stoffe zu verstehen. Vielfach liegen die einzusetzenden Stoffe jedoch in einer solchen Konsistenz und Stückgröße vor, daß die Überführung in eine fließfähige Form durch mechanische Aufbereitung, insbesondere durch Aufmahlung, technisch nicht möglich oder nicht wirtschaftlich zu erreichen ist.
Es ist vorgeschlagen und untersucht worden, Abfallstoffe unterschiedlichster Art einer Pyrolyse, also einer thermischen Umwandlung bei Temperaturen von 400 - 800 Grad Celsius zu unterwerfen. Bei diesen Temperaturen werden circa 30 bis 50 Prozent der eingesetzten Roh- und Abfallstoffe verflüchtigt. Dabei entsteht ein Pyrolysekoks, der spröde und leicht mahlbar ist. Es entstehen jedoch auch Gase und kondensierbare Öl- und Teerdämpfe, die wie der Pyrolysekoks schadstoffbelastet, schwierig zu handhaben und kaum verwertbar sind. Der technologische Aufwand für die Pyrolyse ist deshalb sehr hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vergasung von Roh- und Abfallstoffen auf der Grundlage eines an sich bekannten Flugstromvergasungsverfahrens zu entwickeln, das die Mängel des Standes der Technik nicht aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches gelöst. Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden organische oder organische Materialien enthaltende Roh- und Abfallstoffe nach einer Vorzerkleinerung auf eine Stückgröße von 0 bis 50 mm einer thermischen Vorbehandlung bei Endtemperaturen zwischen 120 und 350 Grad Celsius so unterzogen, daß ihre organische Substanz versprödet, ohne daß über eine Verdampfung eines Feuchteanteils hinaus wesentliche Mengen an Gasen und Dämpfen entbunden werden.
Die Temperatur, die für eine thermische Versprödung notwendig ist, liegt vorzugsweise zwischen 120 und 250 Grad Celsius, kann aber bei schwer versprödbaren Kunststoffabfällen auch bis 320 Grad Celsius betragen.
Der bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßige Temperaturbereich für die thermische Vorbehandlung ist in starkem Maße abhängig von der Art des zu vergasenden Roh- oder Abfallstoffes. Der Fachmann kann jedoch durch einfache Versuche selbst im Laboratoriumsmaßstab die für den jeweiligen Anwendungsfall vorteilhafte Temperatur innerhalb des im Anspruch 1 dargestellten Bereiches ermitteln. So wurde gefunden, daß für nachwachsende Rohstoffe in Form von Holz oder Stroh Temperaturen von 180 bis 190 Grad Celsius besonders günstige Ergebnisse brachten. Eine kunststoffhaltige Hausmüllfraktion erforderte Temperaturen von 220 bis 230 Grad Celsius, um eine günstige Mahlbarkeit des thermisch vorbehandelten Materials zu erreichen. Für ein spezielles Shreddergut mit höherem PVC-Anteil waren dagegen circa 300 Grad Celsius für die Vorbehandlung erforderlich.
Bei dieser thermischen Vorbehandlung werden außer der eingetragenen Feuchtigkeit im Material in der Regel nur 3 bis 10 Prozent der Trockensubstanz als Gase und Dämpfe ausgetragen. Eine Teerentbindung erfolgt bei diesen Temperaturen noch nicht.
Die versprödeten festen Produkte der thermischen Vorbehandlung werden einer Aufbereitung und Zerkleinerung zugeführt, wobei ein Feingut mit einer Korngröße im wesentlichen kleiner 1 mm gewonnen wird. Das Feingut kleiner 1 mm wird einem Flugstromvergaser zugeführt, in welchem es in an sich bekannter Weise mit Sauerstoff oder mit einem freien Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel autotherm zu einem CO- und H2-reichen Gas umgesetzt wird, wobei in der Regel die im Feingut enthaltenen anorganischen Bestandteile eine schmelzflüssige Schlacke bilden.
Das heiße Rohgas und die schmelzflüssige Schlacke werden intensiv gekühlt, wobei die Schlacke zu einem glasartigen Granulat erstarrt. Das Gas wird mit Hilfe dem energetischen oder stoffwirtschaftlichen Verwendungszweck angepaßter, dem Stand der Technik entsprechender Verfahrensstufen gereinigt.
Insbesondere bei der Verwertung von Stoffen mit relativ hohem Feuchtigkeitsgehalt ist es zweckmäßig, der thermischen Vorbehandlung eine Trocknungsstufe nach bekannten Technologien vorzuschalten.
Abhängig von der Beschaffenheit des zu verwertenden Materials können im Zuge der Aufbereitung des thermisch vorbehandelten Materials Metallstücke und mineralisches Grobgut wie Steine ausgehalten und einer separaten Verwertung oder Deponie zugeführt werden.
Die bei der thermischen Vorbehandlung entbundenen kleinen Mengen an Gasen und Dämpfen können bei Abführung in die Atmosphäre Geruchsbelästigungen verursachen. In diesen Fällen kann mindestens ein Teil dieser Gase und Dämpfe dem Flugstrom-Vergasungsreaktor zugeführt und gemeinsam mit dem Feingut der Reaktion mit dem Sauerstoff oder dem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unterworfen werden. Es ist möglich, gegebenenfalls unter Rückgewinnung von Wärme den Anteil an Dämpfen vorher zu kondensieren und in flüssiger Form in den Vergasungsreaktor einzugeben.
Alternativ ist es nach der Erfindung möglich, die bei der thermischen Vorbehandlung entbundenen Gase und Dämpfe zur Abtrennung schädlicher und geruchsbildender Bestandteile über einen Filter zu leiten. Bevorzugt eignen sich als Filtermaterial preisgünstige Aktivkokse, die nach Beladung gemeinsam mit dem Produkt der thermischen Vorbehandlung aufgemahlen und dem Flugstrom- Vergasungsreaktor zugeführt werden.
Die Zuführung des nach thermischer Vorbehandlung und Zerkleinerung enthaltenen Feingutes in den Vergasungsreaktor erfolgt häufig auf pneumatischem Wege. Dazu wird das Feingut in einem Trägergas suspendiert und mit diesem zusammen in den Vergasungsreaktor geleitet. Das erhaltene Feingut kann jedoch auch in einer Flüssigkeit suspendiert werden und die Feststoff- Flüssigkeitssuspension mit einer Pumpe dem Vergasungsreaktor zugeführt werden. Man kann als Trägerflüssigkeit brennbare Flüssigkeiten heranziehen. Damit ist das Verfahren auch geeignet, toxisch belastete Altöle mit dem Feingut gemeinsam zu verwerten. Natürlich kann man für diesen Zweck auch biologisch erzeugte flüssige Brennstoffe wie Rapsöl oder Alkohol einsetzen.
Für die thermische Vorbehandlung können Technologien aus der Trocknungstechnik herangezogen werden. Mit dem Ziel, eine Verdünnung der bei der Erhitzung freiwerdenden geringen Mengen an Gasen und Dämpfen zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die thermische Vorbehandlung durch Kontakt der Roh- und Abfallstoffe mit heißen Heizflächen zu erreichen. Es entspricht dem Stand der Technik, hierzu im Vergasungsprozeß anfallende Abwärmequellen zu nutzen.
Alternativ ist eine direkte Aufheizung des zu behandelnden Materials durch Kontakt mit heißen, im Kreislauf geführten Rauchgasen möglich. In diesem Falle wird die Wärmemenge durch einen Brenner eingebracht, der vorzugsweise mit Gas eigener Erzeugung beheizt wird und dessen heiße Rauchgase in den Rauchgaskreislauf eintreten. Abgestoßen und dem Vergasungsreaktor zugeführt beziehungsweise über einen Aktivkoksfilter abgeleitet werden Gasmengen, die der bei der thermischen Vorbehandlung entbundenen Menge von Gasen und Dämpfen und der Rauchgasmenge aus dem Brennerbetrieb entspricht.
Die Erfindung soll anhand der als Fig. 1 beigefügten schematischen Darstellung am Beispiel der Vergasung von nachwachsenden Rohstoffen, hier Holz in Form von Hackschnitzeln, und anhand von Fig. 2 am Beispiel der Verwertung von Hausmüll erläutert werden.
Beispiel 1
Die angelieferten lufttrockenen Hackschnitzel mit einem Wassergehalt von 25 Prozent werden über einen Bunker 32 einer Anlage zur thermischen Vorbehandlung mit einem Drehrohrofen 33 als Hauptaggregat zugeführt. Der Drehrohrofen wird im Gleichstrom mit den aufgegebenen Hackschnitzeln mit heißem Rauchgas von etwa 350 Grad Celsius beaufschlagt, das in einer Brenn- und Mischkammer 34 erzeugt wird. Im Drehrohrofen 33 werden die Hackschnitzel zunächst getrocknet. Sie erhitzen sich anschließend weiter auf eine Austrittstemperatur von 185 Grad Celsius, wobei geringe Gasmengen, vorwiegend Kohlendioxid, abgespalten werden und die Holzsubstanz brüchig und spröde wird. Das behandelte Gut wird über ein Ausfallgehäuse 25 einer Mühle 6 in Form einer schnellaufenden Hammermühle zur Feinmahlung aufgegeben.
Der das Drehrohr 33 verlassende Rauchgasstrom mit einer Temperatur von etwa 200 Grad Celsius passiert einen Staubabscheider 3 und wird über eine Leitung 38 und einen Ventilator 39 in die Brenn- und Mischkammer 34 zurückgeführt, wo es durch Zumischung von Frischgas von etwa 1100 Grad Celsius auf die Eintrittstemperatur in den Drehrohrofen 33, also etwa 350 Grad Celsius, erhitzt wird. Das Frischgas wird durch Verbrennung eines Heizgases 37 gewonnen.
Ein relativ kleiner Teil des aus dem Drehrohrofen 33 austretenden Rauchgasstromes wird abgestoßen. Dieser Anteil entspricht dem Frischgasvolumen und dem bei der Trocknung und der thermischen Vorbehandlung aus den Hackschnitzeln entbundenen Gas- und Wasserdampfvolumina. Der Wasserdampfinhalt wird in einem Kondensator 36 unter Rückgewinnung des Wärmeinhalts kondensiert. Die nicht kondensierenden, aber im Kondensator 36 auf circa 70 Grad Celsius gekühlten Gase werden über einen mit Aktivkoks gefüllten Filter 40 in die Atmosphäre abgestoßen. Der Aktivkoks bindet Spuren von geruchsintensiven Stoffen, die bei der thermischen Vorbehandlung freigesetzt werden können. Die Aktivkoksfüllung wird in regelmäßigen größeren Abständen erneuert. Der beladene Aktivkoks 41 wird dem Einlauf der Mühle 6 zugegeben und gemeinsam mit den Hackschnitzeln vermahlen.
Das aufgemahlene Feingut 19 wird mit Hilfe des pneumatischen Förderers 8 als Fluidstrom 18 mit Stickstoff als Trägergas 28 einem nach dem Flugstromprinzip arbeitenden Vergasungsreaktor 9 zugeführt.
Der Vergasungsreaktor 9 besteht aus einem äußeren Druckgefäß, in dem ein für Hochtemperaturbetrieb ausgelegter zylindrischer Reaktionsraum untergebracht ist. Bei der Gestaltung des Reaktionsraumes hat sich die Ausführung als gasdicht verschweißte Rohrwandkonstruktion bewährt, die mit Stampfmasse belegt ist. Das Feingut im Fluidstrom 18, technischer Sauerstoff O2 als Vergasungsmittel und gegebenenfalls ein Heizgas aus fremder Quelle oder eigener Erzeugung als Zusatzbrennstoff 27 für die Aufrechterhaltung einer Stützflamme werden über einen Brenner am Kopf des Reaktors 9 in den Reaktionsraum eingeführt. Der Umsatz zu einem kohlenmonoxid- und wasserstoffhaltigen Gas verläuft in Form einer Flammenreaktion. Die sich am Ende des Reaktionsraumes einstellende Temperatur wird so bemessen, daß sie oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Bestandteile des Einsatzgutes liegt und eine schmelzflüssige Schlacke ergibt.
In der Regel genügt in diesem Fall eine Temperatur von etwa 1300 Grad Celsius. Dazu ist eine Sauerstoffmenge O₂ erforderlich, die etwa 40 Prozent der für "stöchiometrische Verbrennung" der in den Reaktionsraum eingeführten brennbaren Bestandteile notwendigen Sauerstoffmenge ausmacht.
Das im Reaktionsraum erzeugte Gas besteht im wesentlichen aus CO und H2. Das Gas ist frei von Kohlenwasserstoffen und chlororganischen Verbindungen wie zum Beispiel Dioxinen und Furanen. Es tritt gemeinsam mit der schmelzflüssigen Schlacke in den Quenchraum 10 ein, wo es mit dem über Leitung 11 zugeführten Quenchwasser in Kontakt gebracht wird. Dabei wird das Gas bis zur Sättigungstemperatur gekühlt und gleichzeitig mit Wasserdampf gesättigt sowie von Reststaub, HCl und NH3 befreit. Die schmelzflüssige Schlacke erstarrt und zerfällt zu einem Granulat 29 mit glasartiger Struktur, das über die Schlackenschleuse 12 und den Schlackenaustrag 13, bestehend aus einer wassergefüllten Auffangwanne mit einem Kratzerband, ausgetragen wird.
Das gesättigte Vergasungsgas 30 wird unter Gewinnung von Abwärme in einem Gaskühler 14 gekühlt und in der Gasreinigung 15 mit üblichen Verfahren gereinigt. Das Reingas 17 wird der Verwertung in einem Block- Heizkraftwerk mit Gasmotoren zugeführt.
Das bei der Kühlung anfallende Kondensat wird als Quenchwasser 11 in den Quenchraum 10 zurückgeführt. Doch wird der im Quenchraum 10 unverdampft bleibende Rest des Wassers aus dem Kreislauf ausgeschleust. Es enthält die als Chlorid-Ionen vorliegende Chlorfracht des Einsatzgutes, ist aber frei von organischen Verunreinigungen. Seine Aufarbeitung erfolgt nach bekannten Verfahren, hier durch Eindampfung. Ein Teil des Reingases 17 wird als Heizgas 37 für die Brenn- und Mischkammer 34 verwendet. Weiter wird ein weiterer kleiner Anteil als Zusatzbrennstoff 27 zur Aufrechterhaltung der Stützflamme im Vergasungsreaktor 9 genutzt.
Es werden 19 Tonnen/Stunde Holz in Form von Hackschnitzeln mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 25 Prozent eingesetzt. Im Zuge der thermischen Vorbehandlung reduziert sich die Feststoffmenge auf 13 Tonnen/Stunde. Dafür werden stündlich 2000 m3 i.N. Heizgas (Heizwert 9,75 MJ/m3) eingesetzt und 4500 m3 i.N. Abgas über den Aktivkoksfilter 40 abgestoßen. Im Kondensator fallen unter Gewinn einer entsprechenden Wärmemenge 5,4 Tonnen pro Stunde Wasser an, das innerhalb des Prozesses weiter verwendet werden kann.
Durch die thermische Vorbehandlung wird neben der entscheidenden Verbesserung der Mahlbarkeit der Holzschnitzel eine Verbesserung des Heizwertes von circa 13 MJ/kg auf 19,3 MJ/kg erreicht.
Die Flugstromvergasung erfolgt bei einem Druck von 6 bar. Unter Zusatz von circa 5200 m3 i.N. technischem Sauerstoff entstehen 22 000 m3 i.N./Stunde Vergasungsrohgas mit einer Zusammensetzung von
33% Wasserstoff
49% Kohlenmonoxyd
13% Kohlendioxyd
5% Stickstoff
und einem Heizwert von 9,75 MJ/m3 i.N.
Das Gas enthält Spuren von Schwefelwasserstoff, die in der Gasreinigungsstufe 15 abgetrennt werden. Von dem erzeugten Reingas 17 werden je 2000 m3 i.N./Stunde für die Beheizung des Drehrohrofens 34 und für die Aufrechterhaltung einer Stützflamme im Vergasungsreaktor 9 abgezweigt. Die Hauptmenge (18 000 m3 i.N./Stunde) wird einem im Schema nicht dargestellten, mit Gasmotoren arbeitenden Heizkraftwerk zugeführt.
Es fällt eine granulierte Schlacke mit glasartiger Struktur an, in die die mineralischen Bestandteile des Holzes und bei der Gewinnung anhaftende mineralische Verunreinigungen eingebunden sind. Die Schlacke mit einer Menge von circa 6 Tonnen/Tag wird zum Beispiel für den Wegebau verwendet.
Beispiel 2
Nach Fig. 2 wird der angelieferte Müll 32 nach einer im Schema nicht dargestellten Vorzerkleinerung über einen Bunker 1 einer Einrichtung zur thermischen Behandlung in Form eines außen beheizten Drehrohres 2 mit Dampfbeheizung 16 zugeführt. In Kontakt mit der als Heizfläche dienenden Wand des Drehrohres erfolgt die Aufheizung, die auf eine Endtemperatur von 230 Grad Celsius eingestellt ist. Mit technisch üblichen Ein- und Austragsschleusvorrichtungen wird erreicht, daß dieser Prozeß praktisch unter Luftabschluß verläuft. Unter diesen Bedingungen werden die organischen Inhaltsstoffe des Mülles getrocknet und erlangen ein spröde Struktur mit gutem Zerkleinerungsverhalten. Schwaden und eine geringe Menge entbundener Gase 26 werden abgeführt, der Müll in ein versprödetes Produkt 24 umgewandelt, das zusammen mit weitgehend unveränderten anorganischen Bestandteilen des Mülls über ein übliches Ausfallgehäuse 25 mit gasdichter Austragsschleuse aus dem Drehrohr 2 ausgetragen und einem Brecher 4 zugeführt wird. Das Schwaden/Gas-Gemisch verläßt das Ausfallgehäuse 25 nach oben und wird ohne wesentliche Abkühlung im Staubabscheider 3 von mitgeführten Feststoffpartikeln befreit.
Der Austrag aus dem Brecher 4 passiert das mit einem Siebgewebe von ca. 15 mm Maschenweite belegte Sieb 5, mit dessen Hilfe ein Feingut 22 und ein von organischen Verunreinigungen freies, im wesentlichen aus metallischen Bestandteilen bestehendes Grobgut 23 gewonnen wird. Das Feingut 22 wird gemeinsam mit dem Staub 21 aus dem Schwaden/Gas-Gemisch 26 vom Staubabscheider 3 in einer Rohrmühle 6 auf eine Korngröße kleiner als etwa 0,5 mm gemahlen.
Das aufgemahlene Feingut 19 wird mit Hilfe des pneumatischen Förderers 8 als Fluidstrom 18 mit Stickstoff als Trägergas 28 einem nach dem Flugstromprinzip arbeitenden Vergasungsreaktor 9 zugeführt. In dem Vergasungsreaktor 9 wird weiter mit Hilfe eines Heißgaskompressors 7 das entstaubte Schwaden/Gas-Gemisch 20 eingebracht, das während der Kompression und des Transportes auf einer Temperatur gehalten wird, bei der eine Kondensation von Wasserdampf vermieden wird. Es hat sich gezeigt, daß dazu eine Temperatur von minimal 200 Grad Celsius ausreicht.
Der Vergasungsreaktor 9 besteht auf einem äußeren Druckgefäß, in dem ein für Hochtemperaturbetrieb ausgelegter zylindrischer Reaktionsraum untergebracht ist. Bei der Gestaltung des Reaktionsraumes hat sich die Ausführung als gasdicht verschweißte Rohrwandkonstruktion bewährt, die mit Druckwasser gekühlt wird und reaktionsraumseitig mit einer feuerfesten Stampfmasse belegt ist. Das Feingut im Fluidstrom 18, das Schwaden/Gas-Gemisch 20, technischer Sauerstoff O₂ als Vergasungsmittel und gegebenenfalls Erdgas als Zusatzbrennstoff 27 für die Aufrechterhaltung einer Stützflamme werden über einen Brenner am Kopf des Reaktors 9 in den Reaktionsraum eingeführt. Der Umsatz zu einem CO- und H2-haltigen Gas verläuft in Form einer Flammenreaktion. Die sich am Ende des Reaktionsraumes einstellende Temperatur wird so bemessen, daß sie oberhalb der Schmelztemperatur der mineralischen Rückstände liegt und eine schmelzflüssige Schlacke ergibt.
In der Regel genügt eine Temperatur von etwa 1400 Grad Celsius. Dazu ist eine Sauerstoffmenge O₂ erforderlich, die etwa 45% der für "stöchiometrische Verbrennung" der in den Reaktionsraum eingeführten brennbaren Bestandteile notwendigen Sauerstoffmenge ausmacht.
Das im Reaktionsraum erzeugte Gas besteht im wesentlichen aus CO und H2. Das Gas ist frei von Kohlenwasserstoffen und chlororganischen Verbindungen wie zum Beispiel Dioxinen und Furanen. Es tritt gemeinsam mit der schmelzflüssigen Schlacke in den Quenchraum 10 ein, wo es mit dem über Leitung 11 zugeführten Quenchwasser in Kontakt gebracht wird. Dabei wird das Gas bis zur Sättigungstemperatur gekühlt und gleichzeitig mit Wasserdampf gesättigt sowie von Reststaub, HCl und NH3 befreit. Die schmelzflüssige Schlacke erstarrt und zerfällt zu eine Granulat 29 mit glasartiger Struktur, das über die Schlackenschleuse 12 und den Schlackenaustrag 13, bestehend aus einer wassergefüllten Auffangwanne mit einem Kratzerband, ausgetragen wird.
Das gesättigte Vergasungsgas 30 wird unter Gewinnung von Abwärme in einem Gaskühler 14 gekühlt und in der Gasreinigung 15 mit üblichen Verfahren von H2S und NH3 befreit. Die H2S-Fraktion wird schließlich zu verkaufsfähigem Schwefel aufgearbeitet.
Das bei der Kühlung anfallende Kondensat wird als Quenchwasser 11 in den Quenchraum 10 zurückgeführt. Doch wird der im Quenchraum 10 unverdampft bleibende Rest des Wassers aus dem Kreislauf ausgeschleust. Es enthält die als Chlorid-Ionen vorliegende Chlorfracht des Einsatzgutes, ist aber frei von organischen Verunreinigungen. Seine Aufarbeitung erfolgt nach bekannten Verfahren, hier durch Eindampfung.
Bei einem Durchsatz von 20 t/h Hausmüll 32 mit einer Zusammensetzung von etwa
Wassergehalt|20%
Aschegehalt 41,6% (wasserfrei)
Kohlenstoff 33,1%
Wasserstoff 3,8%
Sauerstoff 20,2%
Stickstoff 0,7%
Schwefel 0,1%
Chlor 0,5%
Heizwert 13,1 MJ/kg
entstehen 5700 m3 i.N./h Wasserdampf (Schwaden) und 800 m3 i.N./h Gas 26.
Außerdem fallen 15 400 kg/h feste Rückstände 24 an, die sich auf die grobe Fraktion 23 und den Siebdurchgang 22 aufteilen. Der Siebdurchgang 22 wird nach Aufmahlung in der Rohrmühle 6 als Feingut 19 dem Vergasungsreaktor 9 zugeführt. Gleiches geschieht mit dem Schwaden/Gas- Gemisch 26.
Die Vergasung erfolgt bei einem Druck von 3 bar. Es entstehen 20 300 m3 i.N./h Vergasungsgas 30 mit einer Zusammensetzung von
37%
H2
39% CO
20% CO2
4% N
und einem Heizwert von 8,9 MJ/m3 i.N. Das Gas enthält 3,5 g/m3 i.N. Chlor in Form von Chlorwasserstoff und dampfförmigen chloridischen Salzen (NaCl, KCl), die im Quenchraum 10 vom Waschwasser aufgenommen werden und nach Eindampfung des Prozeßabwassers etwa 150 kg/h fester Salze ergeben. Außerdem enthält das Gas ca. 0,8 g/m3 i.N Schwefelwasserstoff, der in der Gasreinigungsanlage abgetrennt und zu ca. 15 kg/h Elementarschwefel oxidiert wird.
Im gereinigten Gas werden ca. 5 mg/m3 i.N. Schwefel gefunden. Das entspricht nach Verbrennung bzw. Einsatz des Reingases 17 im Gasmotor einem SO₂-Gehalt in den Abgasen von ca. 3 mg SO₂/m3 i.N. und erfüllt alle Anforderungen des Umweltschutzes.
Es fallen 4300 kg/h aus dem Schmelzfluß erstarrtes glasartiges Granulat 29 an, das einer wirtschaftlichen Verwertung zugeführt werden kann.
Anstelle einer pneumatischen Zuführung mit dem Förderer 8 als Fluidstrom 18 kann das Feingut 19 mit Öl und/oder Wasser zu einem Slurry angemaischt und mit Hilfe einer Pumpe dem Vergasungsreaktor 9 zugeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Vergasung organischer oder organische Materialien enthaltender Roh- und Abfallstoffe nach dem Prinzip der Flugstromvergasung, dadurch gekennzeichnet, daß die Roh- und Abfallstoffe einer thermischen Vorbehandlung bei Endtemperaturen zwischen 120 und 350 Grad Celsius so unterworfen werden, daß ihr organisches Material versprödet, ohne daß über eine Verdampfung eines Feuchteanteils hinaus größere Mengen an Gasen und Dämpfen entbunden werden,
die thermisch behandelten Roh- und Abfallstoffe einer mechanischen Aufbereitung insbesondere einer Zerkleinerung unterzogen werden, wobei ein Feingut mit einer Korngröße von im wesentlichen kleiner als 1 mm gewonnen wird,
das Feingut einem Flugstrom-Vergasungsreaktor zugeführt wird, in welchem es in an sich bekannter Weise durch Reaktion mit Sauerstoff oder einem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel zu einem CO- und H2-reichen Gas umgesetzt wird,
und das erzeugte CO- und H2-reiche Gas nach seinem dem energetischen oder stoffwirtschaftlichen Verwendungszweck angepaßten, dem Stand der Technik entsprechenden Verfahrensstufen gereinigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der thermischen Vorbehandlung eine Trocknungsstufe vorgeschaltet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der Aufbereitung durch Klassierung und Zerkleinerung des thermisch behandelten Materials Metallstücke und mineralisches Grobgut, wie Steine, ausgehalten werden.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der im Zuge der thermischen Vorbehandlung entbundenen Gase und Dämpfe dem Flugstrom- Vergasungsreaktor zugeführt und gemeinsam mit dem Feingut der Reaktion mit dem Sauerstoff oder dem Sauerstoff enthaltenden Vergasungsmittel unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zuge der thermischen Vorbehandlung entbundenen Gase und Dämpfe über einen Adsorptionsfilter abgestoßen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Adsorptionsfilter mit adsorptionsaktivem Kohlenstoffmaterial, wie Braunkohlen-Aktivkoks, gefüllt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Schadstoffen und geruchsbelästigenden Bestandteilen beladene Aktivkoks zusammen mit dem Feingut zerkleinert und dem Flugstrom- Vergasungsreaktor zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der thermischen Vorbehandlung entstandenen Dämpfe kondensiert und in flüssiger Form dem Flugstrom-Vergasungsreaktor zugeführt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feingut pneumatisch, suspendiert in einem Trägergasstrom, dem Flugstrom-Vergasungsreaktor zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Feingut in einer Flüssigkeit suspendiert wird und als Feststoff- Flüssigkeits-Suspension dem Flugstrom- Vergasungsreaktor zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Vorbehandlung durch Kontakt mit einem aufgeheizten, mindestens zum Teil im Kreislauf geführten Gasstrom erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Vorbehandlung durch Kontakt der Roh- und Abfallstoffe mit Heizflächen erfolgt.
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