DE3338478C2 - Verfahren zum Schlacke-Schmelzvergasen von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einem Schachtgenerator - Google Patents
Verfahren zum Schlacke-Schmelzvergasen von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einem SchachtgeneratorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfallbeseitigung und -vergasung, insbesondere von Haushaltmüll. Das Gut wird in einen Schachtofen (1) eingebracht und dort in wenigstens drei durch die Zufuhr von Gichtgas in wenigstens drei unterschiedlichen Ofenhöhen ausgebildeten Zonen (I, II, III) einem Vergasungs- und Verbrennungsprozeß unterworfen, wobei das Gichtgas insgesamt oder teilweise mit elektrisch erzeugten, vorzugsweise unter Verwendung eines Plasmagenerators (7), gesteuerten Mengen an Wärmeenergie erhitzt wird. Das durch den Prozeß erzeugte Gas wird durch eine Ringkammer (6) abgesaugt, welche in etwa 2/3 der Ofenhöhe angeordnet ist. Das Abgas kann als Brenngas, z. B. für Fernheizungsanlagen und Dampfkraftwerke mit schwankendem Wärmebedarf verwendet werden.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schlacke-Schmelzvergasen von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in
einem Schachtgenerator, in den der Brennstoff von oben eingeschleust und aus dem unten die Schlacke abgezogen
wird und in den die Vergasungsmittel Luft und Dampf durch einen Plasmagenerator erhitzt sowohl
oben als auch unten eingeleitet werden und aus dem das Produktgas zwischen den Vergasungsmittelzuleitungen
über eine Ringkammer abgezogen wird.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Gattung (BE-PS 8 94 675) wird durch die gleichzeitige Einleitung
des mit einem Plasmabrenner aufgeheizten Vergasungsmittels oben und unten in den Schachtgenerator angestrebt,
daß die Vergasung hauptsächlich im oberen Teil des Schachtofens stattfindet. Wenn nach diesem Verfahren
Müll, insbes. Hausmüll, vergast werden soll, entstehen Probleme dadurch, daß die Temperatur im oberen
Bereich des Schachtgenerators zu niedrig ist. Das liegt auch daran, daß derartige Abfälle nur einen geringen
Wärmegehalt und einen hohen Wassergehalt haben.
Zur Erzeugung eines teerfreien und kohlenwasserstoffarmen Gases ist es bekannt. Brennstoffe in einem
Doppelfeuergenerator zu vergasen (J. Schmidt, »Technologie der Gaserzeugung«, 1966, S. 110 bis 112). Die
erzeugten Gase werden dabei aus einem ringförmigen Kanal um den Mittelteil des Generators abgezogen. —
Um die Verbrennung bzw. Vergasung zu verbessern, ist auch vorgeschlagen worden, dem in einem zweistufigen
Verfahren zu vergasenden Müll Kohle zuzusetzen (DE-OS 29 43 309).
Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs beschriebene Verfahren so zu verbessern, daß Abfälle mit vergleichsweise
geringem Energieaufwand verlast und umweltfreundlich beseitigt werden können.
ίο Diese Aufgabe wird in Anwendung des bekannten
Verfahrens zur Vergasung von Abfaii, insbes. Hausmüll, dadurch gelöst daß in mindestens einer weiteren Stelle
ein weiteres solcherart erhitzes Vergasungsmittel in den Brennstoff eingeleitet wird und daß die Temperaturen
der voneinander unabhängig in ihrer Temperatur steuerbaren Vergasungsmittelströme von oben nach unten
zunehmend eingestellt werden. — Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich der Wasserhaushalt und
die Trocknung der eingebrachten Abfälle den jeweils gegebenen Umständen anpassen bzw. so steuern, daß
die Schmelzvergasung sich mit geringem Energieaufwand durchführen läßt und als Endprodukt eine Schlakke
anfällt, die umweltfreundlich beseitigt werden kann. Verdampfungs- und Verschlackungstemperaturen können
extrem genau gesteuert werden. Dazu kann das Vergasungsmittel dirch Wärmetausch auch mit dem erzeugten
Produktgas vorgewärmt werden. Das Vergasungsmittel kann auch durch Mischen mit einem Teilstrom
des Produktgases erwärmt werden, welches in einem Plasmagenerator auf eine extrem hohe Temperatur
erhitzt worden ist. Insbes. kann dem Vergasungsmittel Luft in einem Plasmagenerator erhitzter Dampf zugemischt
werden, es können aber auch andere Gase, beispielsweise Kohlenwasserstoffe zugemischt werden.
Man kann in den Vergaser aber auch Zusatzbrennsioffe
einbringen, indem der Abfaii zum Regeln des Produktgas-Gasheizweries
mit Steinkohle, Gummiabfällen. Altöl oder dergleichen vermischt wird. Dadurch wird
erreicht, daß die Hauptmenge des Wassergehaltes im Abfall nicht zerlegt zu werden braucht und nur eine
geringe Menge des eintretenden Kohlenstoffes zu Kohlendioxid oxidiert wird, ohne daß im Produktgas eine zu
niedrige Temperatur entsteht. Durch Wasserentzug und Oxidation eines Teiles des Kohlenstoffes wird der Energieaufwand
beträchtlich verringert.
Vorteilhaft ist die Zumischung von festem Brennstoff zum Abfall, bevor dieser dem erfindungsgemäßen Vergasungsprozeß
unterworfen wird. Es ergeben sich dadurch zahlreiche Vorteile. Der feste Brennstoff erhöht
den Wärmewert des Abfalls, wodurch der Bedarf an von außen her zugeführter Wärmeenergie verringert wird.
Die Brennstoffe lockern auch den eingebrachten Abfall auf und machen ihn gleichmäßiger. Dadurch, daß die
Menge oder der Anteil an zusätzlich zugesetztem Brennstoff gesteuert wird, läßt sich auch die im Produktgas
erzeugte Wärmemenge innerhalb weiter Grenzen steuern, so daß man sich Schwankungen im Wärmecnergiebcdarf
der vorgesehenen Verbraucher anpassen kann. Der Zusatz von festem Brennstoff zu einer erfindungsgemäß
arbeitenden Äbfallbeseitigungsanlage kann diese zu einem wertvollen Gaslieferanten für beispielsweise
Fernheizwerke und Dampfkraftwerke mit schwankendem Wärmebedarf machen.
Die Vergasung findet stets bei hoher Temperatur statt, was zu einem reinen Produktgas führt und die
Bildung von Teer und unangenehm riechenden Substanzen verhindert. Stoffe, welche nicht vergast werden
können, werden in die flüssige Schlacke eingebunden.
welche bei Abkühlung fest und geruchlos wird und aus
der Schwermetalle nicht mehr ausgelaugt werden können. Die feste Schlacke kann ohne weiteres deponiert
werden.
Weitere Merkmale und Besonderheiten des erfindungsgcmäßeti
Verfahrens ergeben sich aus der nachstehenden eingehenden Beschreibung des Verfahrens
anhand der Ziichnung, welche eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer
Weise zeigt.
Diese schematisch dargestellte Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt einen
Schachtofen 1, in welchem die Beseitigung der Abfälle bzw. des Mülls stattfindet. Der ankommende »Brennstoff«
in Form von Abfällen, hauptsächlich Haushaltsmüll, dem wahlweise fester Brennstoff, wie beispielsweise
Steinkohle und Gummiabfälle, beigemischt werden, wird durch eine Brennstoffeintragschleuse, welche im
einzelnen nicht dargestellt wurde, an der Gicht 2 in den Schachtofen eingebracht.
Der Schachtofen 1 besitzt Zuführeinricitungen für Gebläseluft in drei unterschiedliche" Höhen, und zwar
einmal oberhalb der Aufgabenhöhe 3, dann im Mittelbereich 4 des Schachtofens 1 und am Boden 5 des Schachtofens
1. in etwa 2I^ der Höhe des Schachtofens 1 ist
außerdem eine Ringkammer 6 angeordnet, durch welche das erzeugte Produkt den Schachtofen verlassen
kann.
Plasmageneratoren 7 sind vorgesehen, um die Gebläseluft zu erhitzen. Die Gebläseluft wird dem Schachtofen
1 durch Leitungen 9 zugeführt, und das erzeugte Produktgas verläßt die Ringkammer 6 durch die Leitung
10. Verschiedene Wärmetauscher können vorgesehen werden, um die Gebläseluft mit dem den Schachtofen
1 verlassenden Produktgas vorzuwärmen, bevor das Vergasungsmittel durch die Plasmageneratoren 7
gedrückt wird. Diese Wärmetauscher wurden in der Zeichnung allerdings fortgelassen, um diese nicht unnötig
zu komplizieren, insbes. da ihre Anordnung und Ausbildung keinerlei entscheidende Bedeutung für das Konzept
der Erfindung haben.
Der ankommende Brennstoff wird durch die gasdichte Gutentnahme in den Schachtofen 1 eingebracht, und
die Temperatur steigt allmählich an, während der Brennstoff durch den Schachtofen ! nach unten rutscht.
Am Boden 11 des Schachtofens 1 werden nicht brennbare
Stoffe in eine flüssige Schlacke umgewandelt, welche durch einen Schlackenauslaß 12 abgelassen wird. Das
erzeugte Produktgas wird durch die Ringkammer 6 abgesaugt, welche etwa in Vs-Höhe des Schachtofens 1
angeordnet ist. Auf etwa 4000C durch Wärmeaustausch mit dem erzeugten Produktgas vorgewärmtes Vergasungsmittel
wird durch Jen Plasmagenerator 7 auf etwa 8000C erhitzt und dann durch die Zuführungen 3, 4, 5
über der Aufgabeoberfläche, unmittelbar oberhalb oder unterhalb der Ringkammer 6 und in den unteren Teil
des Schachtofens 1 eingeblascn. Diese drei Vergasungsmittclströme
können unabhängig voneinander in bezug auf ihre Temperatur und ihre Menge gesteuert und speziellen
Betriebsbedingungen, insbes. Zusammensetzungen des Brennstoffes, angepaßt werden.
Der Prozeß findet im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend, in drei Zonen I, Il und III statt, wobei die
ungefähren Grenzen dieser Zonen strichpunktiert in der Figur angegeben sind. In der Zone I wird der Wassergehalt
des ankommende·;! Brennstoffes verdampft, und es erfolgt eine anfängliche Vergasung und Verkokung des
Brennstoffes sowie eine Teilverbrennung. Da die Endtemperatur nur etwa 3000C beiragt, kann das Wasser
nicht merklich zerlegt werden, und verdampfter Brennstoff wird in großem Ausmaße zu Kohlendioxid und
Wasser verbrannt. Das verringert zwar den Wärmewert des erzeugten Produktgases, verringert jedoch auch den
Wärmebedarf im anschließenden Vergasungspro/.eß beträchtlich. Der Wasserdampf im Gas aus der Zone I
hilft außerdem mit, unvollständig zerlegte Kohlenwasserstoffe aus der Zone Il zu zerlegen.
Der Prozeß in der Zone I kann aufgrund der Temperatur des Produktgases gesteuert werden. Nachstehende
Annäherungsdaten geben eine Vorstellung davon, was in der Zone 1 vorgeht:
— 80% des eintretenden Wassers werden verdampft,
— 30% flüchtige Anteile der Abfälle werden vergast,
— 30% an flüchtigem Kohlenstoff werden vergast,
— 10% an gebundenem Kohlenstoff werden vergast,
— das Verhältnis CO2/CO betrag» 2 :1, und das Verhältnis
H2O/H2 beträgt 3 :1 im foduktgas,
— die Temperatur des Produktgases beträgt etwa 600° C.
In der Zone II steigt die Temperatur des Brennstoffes von etwa 600° C auf etwa 1400" C, während die Temperatur
des die Zone II verlassenden Produktgases etwa 1200°C beträgt. Der flüchtige Anteil der Abfälle, dec
Kohle und des Gummis werden in der Zone Il vollständig
vergast. Der Wärmebedarf in der Zone II wird durch das heiße Produktgas aus der Zone 111 gedeckt, während
ein gewisser Sauerstoffmangel herrscht. Aus diesem Grunde müssen der Zone II besondere Vergasungsmittel
zugeführt werden, um eine vollständige Zerlegung der vergasten Kohlenwasserstoffe zu erreichen. Im
Übergang von der Zone I zur Zone II wird das heiße Produktgas von der Zone II mit etwas kühlerem Produktgas
aus der Zone I vermischt, so daß die Temperatur der aus der Ringkammer 6 ausströmenden Produktgases
etwa 10000C beträgt. Diese relativ hohe Temper:ur
sorgt zusammen mit dem Wasserdampf im Produktgas von der Zone I dafür, daß jeglicher restliche
Kohlenwasserstoff schnell zerlegt wird. — Auch der in der Zone Il stattfindende Prozeß kann mittels der Temperatur
und des Sauerstoffpotentials im Produktgas gesteuert werden.
In der Zone III steigt die Temperatur von ca. 1200"C
auf ca. 15000C. In die Zone III gelangt nur verkokter
und inerter Brennstoff, und die die Zone 111 verlassenden Produkte sind daher Kohlenmonoxid und flüssige
Schlacke. Der Wärmebedarf in dieser Zone wird teilweise durch die Verbrennungswärme gedeckt, wenn der
Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid oxidiert ist, und teilweise durch erhitztes Vergasungsmittel. Da die endgültige
Vergasungstemp*,ratur auf 15000C gehahen wird, wird
aller Brennstoff, welcher nicht verdampft werden kann,
in Schlacke umgewandelt und kann in Form von flüssiger Schlacke abgelassen werden, in welcher alle Bestandteile
in einer glasartigen Schlackenphase fest gebunden sind, wodurch risikoloses Abkippen beträchtlich
erleichtert wird. — Der Prozeß in der Zone III wird hauptsächlich durch die Schlackentemperatur gesteuert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verfahren zum Schlacke-Schmelzvergasen von kohlenstoffhaltigem Brennstoff in einem Schachtgenerator,
in den der Brennstoff von oben eingeschleust und aus dem unten die Schlacke abgezogen
wird und in den die Vergasungsmittel Luft und Dampf durch einen Plasmagenerator erhitzt sowohl
oben als auch unten eingeleitet werden und aus dem das Produktgas zwischen den Vergasungsmittelzuleitungen
über eine Ringkammer abgezogen wird, in seiner Anwendung zur Vergasung von Abfall, insbes.
Hausmüll, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer weiteren Stelle weiteres solcherart
erhitztes Vergasungsmittel in den Brennstoff eingeleitet wird und daß die Temperaturen der voneinander
unabhängig in ihrer Temperatur steuerbaren Vergasungsmittelströme von oben nach unten
zunehmeoaeingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Vergasungsmittel durch Wärmetausch mit dem erzeugten Produktgas vorgewärmt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergasungsmittel durch
Mischen mit einem Teilstrom des Produktgases erwärmt wird, welcher in einem Plasmagenerator (7)
auf eine extrem hohe Temperatur erhitzt worden ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Vergasungsmittel
Luft in einem Plasmaseneral-.r (7) erhitzter Dampf
zugemischt wird.
5. Verfahren nach einem de Ansprüche 1 bis 4, wobei in den Vergaser Zusatzbrennstoff eingebracht
wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfaii zum Regeln des Prozeßgas-Gasheizwertes mittels
Steinkohle, Gummiabfällen, Altöl und dergleichen vermischt wird.
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